Het analyseren van gunstige effecten van voedingssupplementen op darmepitheel Barrier Functies tijdens de Experimental Colitis
Summary
Huidige behandelingen van inflammatoire darmziekten (IBD) zijn gericht op het verlichten van de ziektesymptomen, maar kan ernstige bijwerkingen veroorzaken. Zo worden alternatieve strategieën onderzocht in dierlijke modellen colitis. Hier leggen we uit hoe de gunstige effecten van voedingssupplementen op de klinische IBD borden worden geanalyseerd in een dergelijk colitis model.
Abstract
Inflammatoire darmziekten (IBD), zoals de ziekte van Crohn en colitis ulcerosa zijn chronische recidiverende aandoeningen van de darmen. Ze veroorzaken ernstige problemen, zoals buikkrampen, bloederige diarree en gewichtsverlies, in getroffen personen. Helaas is er nog geen genezing, en behandelingen gericht alleen om de symptomen te verlichten. Huidige behandelingen omvatten anti-inflammatoire en immunosuppressieve geneesmiddelen die ernstige bijwerkingen kunnen veroorzaken. Dit staat in voor de zoektocht naar alternatieve behandeling opties, zoals voedingssupplementen, die geen bijwerkingen veroorzaken. Voordat de toepassing ervan in klinische studies, moeten dergelijke verbindingen grondig worden getest op effectiviteit en veiligheid in diermodellen. Een betrouwbare experimentele model is de dextransulfaatnatrium (DSS) model colitis bij muizen, die veel van de klinische symptomen van colitis ulcerosa bij mensen reproduceert. We hebben onlangs toegepast dit model om de gunstige effecten van een voedingssupplement met testenvitamine C en E, L-arginine, en ω3-meervoudig onverzadigde vetzuren (PUFA). We analyseerden verschillende parameters ziekte en vonden dat dit supplement kon oedeemvorming, weefselschade, leukocytinfiltratie, oxidatieve stress, en de productie van pro-inflammatoire cytokines te verbeteren, wat leidt tot een algemene verbetering van de ziekteactiviteit index. In dit artikel hebben we in detail de correcte toepassing van voedingssupplementen met de DSS colitis model in C57BL / 6 muizen, evenals hoe ziekteparameters zoals histologie, oxidatieve stress en inflammatie worden beoordeeld. Het analyseren van de gunstige effecten van verschillende voedingssupplementen kan dan uiteindelijk opent nieuwe mogelijkheden voor de ontwikkeling van alternatieve behandelingsstrategieën die IBD symptomen te verlichten en / of de fasen van remissie te verlengen zonder dat ernstige bijwerkingen.
Introduction
Colitis is een ontsteking van de dikke darm die diarree en abdominale pijn kan veroorzaken. Colitis kan acuut zijn, in respons op infectie of stress, of het kan ontwikkelen als een chronische ziekte, zoals bij ulceratieve colitis (UC), die behoort tot de groep van inflammatoire darmziekten (IBD). Hoewel de klinische tekenen van CU zijn goed beschreven, wordt de pathogenese nog steeds slecht begrepen 1. Het is algemeen aanvaard onder de experts dat UC is een multifactoriële aandoening, waarbij genetische mutaties en afwijkende immuunreacties speelt een belangrijke rol 2. Echter, omgevingsfactoren, zoals de stijl van leven en voeding, dragen ook bij aan de ontwikkeling van de ziekte en progressie 3.
Helaas, IBD is niet te genezen, maar er zijn veel behandelingen die gericht zijn klinische symptomen te verlichten. Huidige behandelingen omvatten anti- inflammatoire middelen, zoals sulfasalazine en corticosteroïden; immunosuppressiva, zoals azathioPrine; monoklonale antilichamen die capture pro-inflammatoire cytokinen, zoals tumornecrosefactor-α (TNF-α) of blok adhesiemoleculen, zoals integrines, overmatige leukocyt rekrutering verminderen; en inhibitoren die kinasen die pro-inflammatoire pathways, zoals Janus kinase (JAK) 4 activeren targeten. Niet alle patiënten reageren op alle behandelingen, dus therapeutische strategieën moeten worden geïndividualiseerd 5. Voorts zijn de meeste van deze therapeutische geneesmiddelen het metabolisme en immuunreacties, wat vaak ernstige bijwerkingen. Daarom zijn alternatieve behandelingen onderzocht.
Alternatieve behandelingen omvatten probiotica en voedingssupplementen, die in diermodellen en klinische studies hebben toegepast met wisselend succes 6,7. We hebben onlangs gevonden dat de toepassing van andere enkelvoudige voedingssupplementen, zoals anti-oxidatieve vitaminen of ω3-poly-onverzadigde vetzuren (PUFAS), inferieur is aan de toepassing van een combinatie van dergelijke supplementen bij het verlichten colitis en cardiovasculaire ziektesymptomen 8,9. Deze studies werden uitgevoerd bij muizen, zodat klinische studies worden uitgevoerd bij mensen om te bepalen of deze bevindingen ook gelden voor de mens is. Voordat klinische studies worden gestart, moet de effectiviteit en veiligheid van nieuwe behandelingsmogelijkheden geëvalueerd worden in diermodellen.
IBD is de dextransulfaatnatrium (DSS) model op grote schaal gebruikt om de mechanismen van de ontwikkeling van de ziekte en de gunstige effecten van drugs en voedingssupplementen 6,10 bestuderen. In de meeste studies werd slechts een acute ziekte gedurende een periode van zeven dagen geïnduceerd; Niettemin, de klinische symptomen waargenomen in deze dieren sterk lijken op die waargenomen bij IBD patiënten (dwz bloederige diarree, gewichtsverlies, epitheliale stoornissen en immuun infiltratie) 10. DSS induceert erosies in de mucosa,waardoor barrière dysfunctie en verhoogde intestinale epitheliale permeabiliteit 11. Het exacte mechanisme blijft onbekend. Echter, een studie suggereert dat DSS interageert met middellange ketenlengte vetzuren tot nano-lipocomplexes die kunnen epitheelcellen voeren en veroorzaken inflammatoire signaalroutes 12 zijn gevormd. In dit artikel beschrijven we in detail hoe colitis wordt geïnduceerd bij muizen en hoe voedingssupplementen via een sonde worden toegepast om een constante dosering van elk dier te garanderen geanalyseerd en hoe de effecten van dergelijke supplementen op verschillende colitis onderzocht.
Protocol
Representative Results
Discussion
Met het oog op voedingssupplementen in klinische studies te gebruiken, moeten de voordelen en de veiligheid van dergelijke supplementen zorgvuldig worden geëvalueerd in vivo in dierstudies. Bij colitis, hebben meerdere geschikte diermodellen de klinische symptomen van IBD lijken vastgesteld, waaronder chemische modellen met DSS, TNBS of azijnzuur; knock-out (KO) modellen zoals IL10-KO; en immuun-cell-mediated colitis gebruik van adoptieve T-cel overdracht 19-21. De DSS model van colitis is een snell…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door subsidies van de Mexicaanse Raad voor Wetenschap en Technologie (Conacyt, 207.268 en 233.395 aan Michael Schnoor). KFCO is een ontvanger van een Conacyt stipendium (396.260) om een MSc-diploma te verkrijgen.
Materials
| 0.3% of gelatin | Bioxon | 158 | |
| 10% formaldehyde | J.T. Baker | 2106-03 | |
| 96-well plate with flat bottom | Corning | 3368 | |
| Absolute ethanol | J.T. Baker | 9000-03 | |
| Absolute xylene | J.T. Baker | 9490-03 | |
| ABTS | Sigma Aldrich | H5882 | |
| Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | 9048-46-8 | |
| ColoScreen | Helena Laboratories | 5072 | |
| Corabion (Kindly provided by Merck, Naucalpan, Mexico) | Merck | ||
| Dextran Sulfate Sodium Salt | Affymetrix | 9011-18-1 | (M.W. 40,000-50,000) |
| Dihydroethidium | Life Technology | D11347 | |
| Eosin-Y | J.T. Baker | L087-03 | |
| Evans blue | Sigma-Aldrich | 314-13-6 | |
| Feeding needle | Cadence Science Inc. | 9921 | |
| Glass slide rack with handle | Electron Microscopy | 70312-16 | |
| Glass Slides | Corning | 2947 | |
| Harris hematoxylin | Sigma-Aldrich | H3136 | |
| Hexadecyltrimethyammonium (HTAB) | Sigma Aldrich | H6269 | |
| Histosette (Embedding cassette) | Simport | M498.2 | |
| Hydrochloric acid 1 M | J.T. Baker | 9535-62 | |
| Hydrogen peroxide | Sigma Aldrich | H3410 | |
| Ketamine | PiSA Agropecuaria | Q-7833-028 | |
| Liquid paraffin | Paraplast | 39501-006 | |
| Lithium carbonate | Sigma-Aldrich | 2362 | |
| N,N-dimethylformamide | J.T. Baker | 68-12-2 | |
| N-acetylcysteine | Sigma-Aldrich | A9165 | |
| Plastic cubes | Electron Microscopy | 70181 | |
| Poly-L-Lysine Solution | Sigma-Aldrich | 25988-63-0 | |
| Prism 5 statistical software | GraphPad Software | Prism 5 | |
| Saline Solution 0.9% NaCl | CS PiSA | Q-7833-009 | |
| Sodium citrate | Sigma-Aldrich | W302600 | |
| Synthetic resin | Poly Mont | 7987 | |
| Taq DNA polymerase | Invitrogen | 11615-010 | |
| Tissue-tek. O.C.T Compound | Sakura Finetek | 4583 | |
| Tuberculine Syringe | BD Plastipak | 305945 | |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | 9005-64-5 | |
| VECTASHIELD Antifade Mounting Medium with DAPI | Vector Laboratories | H-1200 | |
| Xylazine | PiSA Agropecuaria | Q-7833-099 |
References
- Souza, H. S., Fiocchi, C. Immunopathogenesis of IBD: current state of the art. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 13, 13-27 (2016).
- Xavier, R. J., Podolsky, D. K. Unravelling the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Nature. 448, 427-434 (2007).
- Neuman, M. G., Nanau, R. M. Inflammatory bowel disease: role of diet, microbiota, life style. Transl Res. 160, 29-44 (2011).
- Lowenberg, M., D’Haens, G. Next-Generation Therapeutics for IBD. Current Gastroenterol Rep. 17, 21 (2015).
- Bernstein, C. N. Does everyone with inflammatory bowel disease need to be treated with combination therapy. Curr Opin Gastroenterol. , (2016).
- Nanau, R. M., Neuman, M. G. Nutritional and probiotic supplementation in colitis models. Dig Dis Sci. 57, 2786-2810 (2012).
- Yamamoto, T. Nutrition and diet in inflammatory bowel disease. Curr Opin Gastroenterol. 29, 216-221 (2013).
- Vargas Robles, H., et al. Experimental Colitis Is Attenuated by Cardioprotective Diet Supplementation That Reduces Oxidative Stress, Inflammation, and Mucosal Damage. Ox Med Cell Longev. , 8473242 (2016).
- Vargas-Robles, H., Rios, A., Arellano-Mendoza, M., Escalante, B. A., Schnoor, M. Antioxidative diet supplementation reverses high-fat diet-induced increases of cardiovascular risk factors in mice. Ox Med Cell Longev. 2015, 467471 (2015).
- Perse, M., Cerar, A. Dextran sodium sulphate colitis mouse model: traps and tricks. J Biomed Biotechnol. 2012, 718617 (2012).
- Chassaing, B., Aitken, J. D., Malleshappa, M., Vijay-Kumar, M. Dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis in mice. Curr. Protoc. Immunol. 104, 25 (2014).
- Laroui, H., et al. Dextran sodium sulfate (DSS) induces colitis in mice by forming nano-lipocomplexes with medium-chain-length fatty acids in the colon. PLoS One. 7, 32084 (2009).
- Mennigen, R., et al. Probiotic mixture VSL#3 protects the epithelial barrier by maintaining tight junction protein expression and preventing apoptosis in a murine model of colitis. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 296, 1140-1149 (2009).
- Park, C. M., Reid, P. E., Walker, D. C., MacPherson, B. R. A simple, practical ‘swiss roll’ method of preparing tissues for paraffin or methacrylate embedding. J Microsc. 145, 115-120 (1987).
- Shen, W., Gaskins, H. R., McIntosh, M. K. Influence of dietary fat on intestinal microbes, inflammation, barrier function and metabolic outcomes. J Nutr Biochem. , (2013).
- Bruewer, M., et al. Interferon-gamma induces internalization of epithelial tight junction proteins via a macropinocytosis-like process. FASEB J. 19, 923-933 (2005).
- Fournier, B. M., Parkos, C. A. The role of neutrophils during intestinal inflammation. Muc Immunol. 5, 354-366 (2012).
- Yan, Y., et al. Temporal and spatial analysis of clinical and molecular parameters in dextran sodium sulfate induced colitis. PLoS One. 4, 6073 (2009).
- Maxwell, J. R., Viney, J. L. Overview of mouse models of inflammatory bowel disease and their use in drug discovery. Curr Prot Pharmacol, S.J. Enna. , (2009).
- Ostanin, D. V., et al. T cell transfer model of chronic colitis: concepts, considerations, and tricks of the trade. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 296, 135-146 (2009).
- Randhawa, P. K., Singh, K., Singh, N., Jaggi, A. S. A review on chemical-induced inflammatory bowel disease models in rodents. Kor J Physiol Pharmacol. 18, 279-288 (2014).
- Whittem, C. G., Williams, A. D., Williams, C. S. Murine Colitis modeling using Dextran Sulfate Sodium (DSS). JoVE. , (2010).
- Wirtz, S., Neufert, C., Weigmann, B., Neurath, M. F. Chemically induced mouse models of intestinal inflammation. Nat Prot. 2, 541-546 (2007).
- Naydenov, N. G., et al. Nonmuscle Myosin IIA Regulates Intestinal Epithelial Barrier in vivo and Plays a Protective Role During Experimental Colitis. Sci Rep. 6, 24161 (2016).
- Sumagin, R., Robin, A. Z., Nusrat, A., Parkos, C. A. Transmigrated neutrophils in the intestinal lumen engage ICAM-1 to regulate the epithelial barrier and neutrophil recruitment. Muc Immunol. 7, 905-915 (2014).
- Laukoetter, M. G., et al. JAM-A regulates permeability and inflammation in the intestine in vivo. J Exp Med. 204, 3067-3076 (2007).
- Viennois, E., Chen, F., Laroui, H., Baker, M. T., Merlin, D. Dextran sodium sulfate inhibits the activities of both polymerase and reverse transcriptase: lithium chloride purification, a rapid and efficient technique to purify RNA. BMC Res Notes. 6, 360 (2013).
