Microbiota उत्पादों की आंत-रक्त बाधा और जिगर चयापचय का मूल्यांकन करने के लिए Vivo विधि में एक
Summary
पोषक तत्वों की पहुंच, microbiota चयापचयों और दवाओं के संचलन आंत-रक्त बाधा (GBB) द्वारा नियंत्रित किया जाता है । हम vivo मेंGBB पारगम्यता को मापने के लिए एक सीधी विधि का वर्णन, जो, आमतौर पर इस्तेमाल अप्रत्यक्ष तरीकों के विपरीत, वस्तुतः जिगर और गुर्दे के कार्यों से प्रभावित नहीं है.
Abstract
आंत रक्त बाधा (GBB) पोषक तत्वों के पारित होने पर नियंत्रण, बैक्टीरियल चयापचयों और दवाओं आंतों लुमेन से खून करने के लिए. GBB अखंडता जठरांत्र में परेशान है, हृदय और चयापचय रोगों, जो इस तरह के आंत बैक्टीरियल चयापचयों के रूप में, रक्त के लिए जैविक रूप से सक्रिय यौगिकों, की आसान पहुँच में परिणाम हो सकता है. इस प्रकार, GBB की पारगम्यता दोनों आंत्र और extraintestinal रोगों के एक मार्कर हो सकता है. इसके अलावा, बैक्टीरियल चयापचयों की बढ़ी हुई पैठ पूरे जीव के कामकाज को प्रभावित कर सकती है ।
GBB पारगम्यता का अध्ययन करने के लिए सामांयतः इस्तेमाल किया तरीकों vivo पूर्वप्रदर्शन कर रहे हैं । उन तरीकों की सटीकता सीमित है, क्योंकि GBB के कामकाज आंत्र रक्त प्रवाह पर निर्भर करता है । दूसरी ओर, आमतौर पर vivo तरीकों में इस्तेमाल किया जिगर और गुर्दे के प्रदर्शन से पक्षपाती हो सकता है, के रूप में उन तरीकों मूत्र या exogenous मार्करों के परिधीय रक्त सांद्रता के मूल्यांकन पर आधारित हैं । यहां, हम vivo में एक का उपयोग कर चूहों में GBB पारगम्यता का सीधा माप प्रस्तुत पोर्टल रक्त नमूना है, जो आंत्र रक्त प्रवाह को बरकरार रखता है और वस्तुतः जिगर और गुर्दे समारोह से प्रभावित नहीं है पर आधारित विधि.
टुकड़े कैथेटर पोर्टल नस और अवर वेना कावा बस यकृत नसों संगम के ऊपर में डाला जाता है । रक्त आधार रेखा पर और जठरांत्र संबंधी मार्ग के एक वांछित भाग में एक चयनित मार्कर के प्रशासन के बाद नमूना है । यहां, हम सहित विधि के कई अनुप्रयोगों के वर्तमान (1) TMA को बृहदांत्र पारगम्यता का मूल्यांकन, एक आंत बैक्टीरियल metabolite, (2) TMA के जिगर की निकासी का मूल्यांकन, और (3) एक आंत का मूल्यांकन-पोर्टल रक्त-जिगर-परिधीय रक्त मार्ग का पेट बैक्टीरिया-प्राप्त लघु श्रृंखला फैटी एसिड होता है । इसके अलावा, प्रोटोकॉल भी आंतों अवशोषण और दवाओं के जिगर चयापचय पर नज़र रखने के लिए या पोर्टल रक्तचाप की माप के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
Introduction
आंत-रक्त बाधा (GBB), भी आंतों बाधा के रूप में जाना जाता है, एक जटिल बहुपरत प्रणाली है कि खून से आंत लुमेन अलग आदेश हानिकारक यौगिकों के पारित होने की सीमा के लिए जबकि1पोषक तत्वों के अवशोषण की अनुमति है । यह तीन मुख्य परतों के होते हैं: बलगम परत, उपकला और लेमिना propria.
कई कारकों GBB अखंडता और2समारोह को प्रभावित कर सकते हैं । यह दिखाया गया है कि GBB दोनों जठरांत्र और extraintestinal रोगों में परेशान है, हृदय और चयापचय रोगों सहित3, जो एक वृद्धि बीतने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं आंत बैक्टीरियल चयापचयों4खून करने के लिए. आंत बैक्टीरियल चयापचयों के एक वृद्धि की पैठ पूरे जीव के कामकाज को प्रभावित कर सकता है । उदाहरण के लिए, हाल के अध्ययनों से पता चलता है बैक्टीरियल चयापचयों का एक महत्वपूर्ण प्रभाव, जैसे indoles, H2S, लघु श्रृंखला फैटी एसिड (SCFA), और trimethylamine एन ऑक्साइड, संचार प्रणाली कार्यों पर5,6,7 ,8,9. अंत में, यह प्रस्तावित किया गया है कि एक वृद्धि हुई GBB पारगम्यता हृदय और चयापचय रोगों के एक मार्कर के रूप में सेवा कर सकते हैं जो आंतों में रूपात्मक और कार्यात्मक परिवर्तन के साथ जुड़े रहे हैं10. इसलिए, ट्रैकिंग आंत-पोर्टल रक्त-जिगर-प्रणालीगत बैक्टीरियल चयापचयों के रक्त मार्ग दोनों बुनियादी और नैदानिक विज्ञान के लिए ब्याज की हो सकती है ।
GBB पारगम्यता के मूल्यांकन के लिए सामान्य रूप से उपयोग प्रयोगात्मक तरीकों resect आंत्र खंडों, म्यूकोसा के टुकड़े, या कृत्रिम झिल्ली11,12का उपयोग कर इन विट्रो में प्रदर्शन कर रहे हैं । उन तरीकों की सटीकता तथ्य यह है कि GBB के समुचित कार्य निरंतर आंत्र रक्त प्रवाह की आवश्यकता है द्वारा समझौता किया है । दूसरी ओर, vivo में उपलब्ध तरीकों मूत्र या परिधीय रक्त exogenous मार्करों की सांद्रता के मूल्यांकन पर आधारित हैं13. हालांकि, परिधीय रक्त और मूत्र एकाग्रता exogenous यौगिकों गुर्दे समारोह, यानी, glomerular निस्पंदन दर और ट्यूबलर उत्सर्जन, साथ ही जिगर चयापचय, यानी, पहले से गुजारें चयापचय से प्रभावित है । दोनों पैरामीटर GBB फ़ंक्शन की स्वतंत्र रूप से अध्ययन विषयों के बीच काफी अलग हो सकता है ।
इस कागज पोर्टल रक्त नमूना का उपयोग कर चूहों में GBB पारगम्यता का एक सीधा माप का वर्णन. vivo विधि में यह आंत्र रक्त प्रवाह को बरकरार रखता है और वस्तुतः जिगर और गुर्दे समारोह से प्रभावित नहीं है । वर्णित दृष्टिकोण आमतौर पर प्रयोग नहीं किया जाता है, संभवतः क्योंकि कुछ methodological कठिनाइयों का । हम विस्तार में वर्णन पोर्टल नस और अवर वेना कावा के कैथीटेराइजेशन बस यकृत नस संगम के ऊपर । पोर्टल नस और अवर वेना कावा से रक्त का नमूना GBB पारगम्यता और जिगर की निकासी के मूल्यांकन की अनुमति देता है के रूप में के रूप में अच्छी तरह से आंत की ट्रैकिंग-पोर्टल रक्त-जिगर-हित के अणुओं के प्रणालीगत रक्त मार्ग, आंत बैक्टीरियल चयापचयों या दवाओं के रूप में. हम भी विधि है कि हमारी प्रयोगशाला में परीक्षण किया गया के कई आवेदन पेश करते हैं । ये TMA के लिए बृहदांत्र पारगम्यता का मूल्यांकन शामिल हैं, एक आंत बैक्टीरियल metabolite, TMA के जिगर की निकासी का मूल्यांकन, और एक आंत का मूल्यांकन-पोर्टल रक्त-जिगर-SCFA के प्रणालीगत रक्त मार्ग.
आंत-रक्त बाधा पारगम्यता का मूल्यांकन करने के लिए, निम्न प्रोटोकॉल चरणों का पालन किया जाना चाहिए, क्रम में: 1 (intraintestinal प्रशासनों के लिए लाइन की प्रविष्टि), 3 (पोर्टल नस कैथीटेराइजेशन), 4 (पोर्टल नस रक्त नमूना ), 6 (एक आंत पारगम्यता मार्कर के प्रशासन), 4.
जिगर की निकासी और एक आंत का मूल्यांकन करने के लिए-पोर्टल रक्त जिगर-प्रणालीगत रक्त मार्ग, निंनलिखित प्रोटोकॉल चरणों का पालन किया जाना चाहिए, क्रम में: 1 (intraintestinal प्रशासन के लिए लाइन के सम्मिलन), 2 (अवर वेना कावा कैथीटेराइजेशन), 3 (पोर्टल नस कैथीटेराइजेशन), 4 (पोर्टल नस रक्त नमूना), 5 (अवर वेना कावा रक्त नमूना), 6 (एक आंत पारगम्यता मार्कर के प्रशासन), 4, 5, 7 ( जिगर की निकासी की गणना)।
Protocol
Representative Results
Discussion
vivo मेंवर्णित प्रत्यक्ष, GBB पारगम्यता को मापने की विधि जठरांत्र प्रणाली में closetophysiological शर्तों का कहना है (आंत्र रक्त प्रवाह को बरकरार रखता है), और वस्तुतः जिगर और गुर्दे समारोह से प्रभावित नहीं है.
<p class="jove_…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
काम विज्ञान और पोलैंड के उच्च शिक्षा गणराज्य के मंत्रालय द्वारा समर्थित है, हीरा अनुदान नहीं: DI2017 ००९२४७ ।
Materials
| Needle OD: 9 mm | Becton Dickinson S.A. | 301300 | |
| Polyethylene catheter ID: 0.025", OD: 0.040" | Scientific Commodities, Inc. | #BB520-40 | |
| Polyethylene catheter ID: 0.012", OD: 0.025" | Scientific Commodities, Inc. | #BB520-25 | |
| C-Flex Tubing,Opaque White 1/50"ID x 1/12 " OD | Cole-Parmer Instrument Co. | 06424-59 | |
| Pediatric Foley catheter (size 10F or 8F) | Sigmed | 0000 80305 | |
| Surgical ligatures 3/0 | Yavo Sp. Z o.o. | P48JE | |
| Absorbable surgical sutures – Polyglactine 910 4/0 | KRUUSE Polska Sp. Zo.o. | 152336 | |
| Tissue glue – Loctite 454Cyanoacrylate Adhesive | Loctite | 1370127 | |
| Povidone iodine | EGIS Pharmaceuticals PLC | 4449 11 | |
| Heparin – Heparinium WZF | WZF Polfa S.A. | 02BK0417 | Dilute 10 times with physiological saline |
| Glycerin 86% | Laboratorium Farmaceutyczne Avena | 5.90999E+12 | Serves as a lubricant in colon catheterization |
| Xylocaine 2% | AstraZenca | 9941342 | |
| Urethane | Sigma-Aldrich (Merck) | U2500-500G | |
| Trimethylamine solution 45% | Sigma-Aldrich (Merck) | 92262-1L | |
| Syringes 2 mL | B.Braun Melsungen AG | 4606027V | |
| Saline 250 mL | Fraesenius Kabi Polska Sp. Z o.o. | 15LL707WL | |
| Surgical scissors, straight, length 115 mm, 4 1/2 "blunt ends | Braun | NS-010-115-PKM | |
| Artery forceps type Micro-Adson bent, length 140 mm 5 1/2 " | Braun | KN-008-140-ZMK | |
| Anatomic forceps, lenght 95 mm, 3 3/4" sharp 0.7×0.55 | Braun | PO-001-007-ZMK | |
| Micro Scissors type Vannas, straight, lenght 85 mm, 3 3/8 " the length of the blades 6 mm | Braun | NO-010-085-PMK | |
| Towel clamps type Backhouse, lenght 130 mm, 5 1/8" | Braun | HO-128-130-PMK | |
| Needle holders, lenght 150 mm, 6" t=0.4 1/2 | Braun | IM-927-150-PZMK | |
| Delicate Scissors, lenght 110 mm , straight, 4 3/8” sharp | Braun | NO-052-110-PMK | |
| Anatomic forceps, lenght 95 mm, 3 3/4" sharp | Braun | PO-022-001-PMK | |
References
- Camilleri, M., Madsen, K., Spiller, R., Greenwood-Van Meerveld, B., Verne, G. N. Intestinal barrier function in health and gastrointestinal disease. Neurogastroenterology and Motility: The Official Journal of the European Gastrointestinal Motility Society. 24 (6), 503-512 (2012).
- Keita, A. V., Soderholm, J. D. The intestinal barrier and its regulation by neuroimmune factors. Neurogastroenterology and Motility: The Official Journal of the European Gastrointestinal Motility Society. 22 (7), 718-733 (2010).
- Farhadi, A., Banan, A., Fields, J., Keshavarzian, A. Intestinal barrier: an interface between health and disease. Journal of Gastroenterology and Hepatology. 18 (5), 479-497 (2003).
- Jaworska, K., et al. Hypertension in rats is associated with an increased permeability of the colon to TMA, a gut bacteria metabolite. PloS one. 12 (12), e0189310 (2017).
- Fujii, H., Nakai, K., Fukagawa, M. Role of oxidative stress and indoxyl sulfate in progression of cardiovascular disease in chronic kidney disease. Therapeutic Apheresis and Dialysis: Official Peer-Reviewed Journal of the International Society for Apheresis, the Japanese Society for Apheresis, the Japanese Society for Dialysis Therapy. 15 (2), 125-128 (2011).
- Tomasova, L., et al. Intracolonic hydrogen sulfide lowers blood pressure in rats. Nitric Oxide: Biology and Chemistry. 60, 50-58 (2016).
- Brahe, L. K., Astrup, A., Larsen, L. H. Is butyrate the link between diet, intestinal microbiota and obesity-related metabolic diseases?. Obesity Reviews: An Official Journal of the International Association for the Study of Obesity. 14 (12), 950-959 (2013).
- Ufnal, M., et al. Trimethylamine-N-oxide: a carnitine-derived metabolite that prolongs the hypertensive effect of angiotensin II in rats. The Canadian Journal of Cardiology. 30 (12), 1700-1705 (2014).
- Huc, T., Nowinski, A., Drapala, A., Konopelski, P., Ufnal, M. Indole and indoxyl sulfate, gut bacteria metabolites of tryptophan, change arterial blood pressure via peripheral and central mechanisms in rats. Pharmacological Research. 130, 172-179 (2018).
- Ufnal, M., Pham, K. The gut-blood barrier permeability – A new marker in cardiovascular and metabolic diseases?. Medical Hypotheses. 98, 35-37 (2017).
- Le Ferrec, E., et al. In vitro models of the intestinal barrier. The report and recommendations of ECVAM Workshop 46. European Centre for the Validation of Alternative methods. Alternatives to Laboratory Animals: ATLA. 29 (6), 649-668 (2001).
- Bohets, H., et al. Strategies for absorption screening in drug discovery and development. Current Topics in Medicinal Chemistry. 1 (5), 367-383 (2001).
- Grootjans, J., et al. Non-invasive assessment of barrier integrity and function of the human gut. World Journal of Gastrointestinal Surgery. 2 (3), 61-69 (2010).
- Bielinska, K., et al. High salt intake increases plasma trimethylamine N-oxide (TMAO) concentration and produces gut dysbiosis in rats. Nutrition. 54, 33-39 (2018).
- Clarke, L. L. A guide to Ussing chamber studies of mouse intestine. American journal of physiology. Gastrointestinal and Liver Physiology. 296 (6), G1151-G1166 (2009).
- Denno, D. M., et al. Use of the lactulose to mannitol ratio to evaluate childhood environmental enteric dysfunction: a systematic review. Clinical Infectious Diseases: An Official Publication of the Infectious Diseases Society of America. 59 Suppl 4, S213-S219 (2014).
- Lugea, A., Salas, A., Casalot, J., Guarner, F., Malagelada, J. R. Surface hydrophobicity of the rat colonic mucosa is a defensive barrier against macromolecules and toxins. Gut. 46 (4), 515-521 (2000).
- Bloemen, J. G., et al. Short chain fatty acids exchange across the gut and liver in humans measured at surgery. Clinical Nutrition. 28 (6), 657-661 (2009).
- Huc, T., et al. Colonic hydrogen sulfide produces portal hypertension and systemic hypotension in rats. Experimental Biology and Medicine. 243 (1), 96-106 (2018).
