En i Vivo metode for å vurdere Gut-Blood bommen og leveren metabolismen av bakterieflora produkter
Summary
Tilgang til næringsstoffer, bakterieflora metabolitter og medisiner til sirkulasjon styres av gut-blod barrieren (GBB). Vi beskriver en direkte metode for å måle på GBB permeabilitet i vivo, som, i motsetning til vanlige indirekte metoder, nesten ikke påvirkes av leveren og nyre funksjoner.
Abstract
Gut-blod barrieren (GBB) styrer tidens næringsstoffer, bakteriell metabolitter og narkotika fra intestinal lumen i blodet. GBB integritet er forstyrret i mage, hjerte og metabolske sykdommer, som kan føre til enklere tilgang av biologisk aktive forbindelser, for eksempel tarmen bakterielle metabolitter, i blodet. Dermed kan permeabilitet av GBB være en markør for både tarm og extraintestinal. Videre kan økte utbredelsen av bakteriell metabolitter påvirke driften av hele organismen.
Brukte metodene for å studere GBB permeabilitet er utført ex vivo. Nøyaktigheten av disse metodene er begrenset, fordi funksjon av GBB avhenger av intestinal blodstrøm. På den annen side, brukte i vivo metoder kan være partisk av leveren og nyre ytelse, som disse metodene er basert på vurdering av urin eller / og perifert blodkonsentrasjoner av eksogene markører. Her presenterer vi en direkte måling av GBB permeabilitet i rotter ved hjelp av en i vivo metode basert på portalen blod prøvetaking, som bevarer intestinal blodstrøm og nesten ikke påvirkes av funksjonen lever og nyre.
Polyuretan katetre settes inn i portalen blodåre og mindreverdig vena cava like over hepatisk vener samløpet. Blod samples ved baseline og etter administrasjon av en valgt markør i en ønsket del av fordøyelsessystemet. Her presenterer vi flere programmer av metoden inkludert (1) evaluering av kolon permeabilitet til TMA, tarmen bakterielle metabolitten, (2) vurdering leveren klaring av TMA og (3) evaluering av en gut-portal blod-lever-perifere blod sti av tarmen bakterier-avledet kort-kjeden fettsyrer. Videre kan protokollen også bli brukt for intestinal absorpsjon og leveren metabolismen av narkotika eller målinger av portalen blodtrykk.
Introduction
Gut-blod barrieren (GBB), også kjent som intestinal barriere, er et komplekst flerlags system som skiller gut lumen fra blodet for å begrense passering av skadelige forbindelser samtidig som absorpsjon av næringsstoffer1. Det består av tre hoveddeler lag: Slim laget, epitel og lamina propria.
Mange faktorer kan påvirke GBB integritet og funksjon2. Det har vist at GBB er forstyrret i både mage og extraintestinal sykdommer, inkludert hjerte og metabolske sykdommer3, som kan føre til en økt tidens tarmen bakterielle metabolitter til blodet4. En økt penetrasjon av tarmen bakterielle metabolitter kan påvirke driften av hele organismen. Nyere studier viser for eksempel en betydelig innvirkning på bakteriell metabolitter, som indoler, H2S, kort-kjeden fettsyrer (SCFA) og trimethylamine N-oksid, på sirkulasjonssystemet funksjoner5,6,7 ,8,9. Til slutt, har det blitt foreslått at en økt GBB permeabilitet kan tjene som en markør av hjerte og metabolske sykdommer som er forbundet med morfologiske og funksjonelle endringer i tarmen10. Derfor kan sporing gut-portal blod-lever-systemisk blodstrøm veien av bakteriell metabolitter være av interesse for både grunnleggende og klinisk fag.
Vanligvis benyttet eksperimentelle metoder for vurdering av GBB permeabilitet er utført i vitro benytter resected intestinal segmenter, fragmenter av mucosa, eller kunstig membraner11,12. Nøyaktigheten av disse metodene er kompromittert av det faktum at riktig funksjon av GBB krever konstant intestinal blodstrøm. På den annen side, er metodene tilgjengelig i vivo basert på evalueringen av urin eller perifert blodkonsentrasjoner av eksogene markører13. Men perifert blod- og urinprøver konsentrasjon av eksogene forbindelser er påvirket av nyrefunksjon, dvs glomerular filtrering rate og rørformede utskillelse samt leveren metabolisme, dvs. første pass metabolisme. Begge parameterne kan variere betydelig mellom studien fag uavhengig av funksjonen GBB.
Dette dokumentet beskriver en direkte måling av GBB permeabilitet i rotter ved hjelp av portalen blodprøve. Denne i vivo metoden bevarer intestinal blodstrømmen og er nesten ikke påvirket av lever og nyre funksjon. Beskrevet tilnærmingen brukes ikke vanligvis, muligens på grunn av metodologiske problemer. Vi beskriver i detalj catheterization portalen blodåre og mindreverdig vena cava like over hepatic blodåre samløpet. Blod prøvetaking fra portalen blodåre og mindreverdig vena cava tillater evaluering av GBB permeabilitet og lever rydding og sporing av gut-portal blod-lever-systemisk blodstrøm sti molekyler steder som tarmen bakterielle metabolitter eller medisiner. Vi presenterer også flere programmer av metoden som ble testet i vårt laboratorium. Disse omfatter evaluering av kolon permeabilitet til TMA, tarmen bakterielle metabolitten, evaluering av leveren klarering av TMA og evaluering av en gut-portal blod-lever-systemisk blodstrøm sti av SCFA.
For å evaluere gut-blod barrieren permeabilitet, følgende protokollen skal følges, i rekkefølge: 1 (innsetting av linjen for intraintestinal administrasjoner), 3 (portalen blodåre catheterization), 4 (portalen blodåre blod prøvetaking ), 6 (administrasjon av en gut permeabilitet markør), 4.
For å evaluere leveren minerydding og en gut-portal blod-lever-systemisk blodstrøm sti, følgende protokollen skal følges, i rekkefølge: 1 (innsetting av linjen for intraintestinal administrasjoner), 2 (underlegen vena cava catheterization), 3 (portalen blodåre catheterization), 4 (portalen blodåre blod prøvetaking), 5 (underlegen vena cava blod prøvetaking), 6 (administrasjon av en gut permeabilitet markør), 4, 5, 7 ( beregning av leveren klaring).
Protocol
Representative Results
Discussion
Den beskrevne direkte, i vivometoden av måler GBB permeabilitet opprettholder closetophysiological forhold i tarmsystemet (bevarer intestinal blodstrøm), og er nesten ikke påvirket av lever og nyre funksjon.
Det kritiske trinnet av denne teknikken er den portalen kateter innsetting. Dette må gjøres forsiktig og besluttsomt samtidig. En mild, kort blødning kan oppstå fra det riktig utført punktering av portalen blodåre; men stopper det når nålen settes inn i skipet. Vedvaren…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Arbeidet er støttet av departementet for vitenskap og høyere utdanning Polens, Diamond gir ingen: DI2017 009247.
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 | |
Referências
- 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).
