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Una migliore comprensione dell'asse del intestino-cervello può piombo ai nuovi trattamenti per i disordini neurologici

Chiunque che abbia sperimentato “le farfalle nello stomaco„ prima di dare una grande presentazione sarà unsurprised imparare là è una connessione fisica fra il loro intestino ed il loro cervello.

I neuroscenziati ed i professionisti medici chiamano questa connessione “l'asse del intestino-cervello„ (GBA); una migliore comprensione del GBA ha potuto piombo allo sviluppo dei trattamenti e delle maturazioni per i disordini neurologici quali la depressione e l'ansia come pure per un intervallo delle malattie infiammatorie autoimmuni croniche quali la sindrome di viscere irritabili (IBS) e l'artrite reumatoide.

Ora, queste circostanze e malattie soprattutto sono diagnosticate dalle relazioni dei pazienti dei loro sintomi. Tuttavia, i neuroscenziati e medici stanno studiando il GBA per trovare i cosiddetti “biomarcatori„ per queste malattie. Nel caso del GBA, quel biomarcatore è serotonina probabile.

Mirando a questa connessione complessa fra l'intestino ed il cervello, i ricercatori sperano che possano scoprire il ruolo del microbiome dell'intestino sia nei disordini del cervello che dell'intestino.

Con un biomarcatore facilmente identificabile quale serotonina, ci può essere un certo modo misurare come la disfunzione nel microbiome dell'intestino pregiudica le vie di segnalazione di GBA.

Avendo strumenti che potrebbero aumentare la comprensione, aiutare con la diagnosi di malattia ed offrire la comprensione in come la salute mentale di impatti di nutrizione e di dieta sarebbe estremamente preziosa.

Con $1 milione in finanziamento del National Science Foundation, un gruppo degli esperti nell'università del Maryland da assistenza tecnica, la neuroscienza, la microbiologia applicata e la fisica sta facendo il progresso sullo sviluppo della piattaforma che può riflettere e modella il trattamento in tempo reale dell'attività della serotonina del microbiome dell'intestino.

Tre nuovi documenti pubblicati dettagliano il progresso del lavoro, che comprende le innovazioni nella rilevazione della serotonina, valutando i sui effetti neurologici e percepire il minuto cambia all'epitelio dell'intestino.

“Nella misura elettrochimica di serotonina dagli elettrodi dell'Au-CNT da costruzione sulle membrane porose della coltura cellulare„ (https://www.nature.com/articles/s41378-020-00184-4), il gruppo ha sviluppato una piattaforma che consente l'accesso al sito specifico di produzione della serotonina.

La piattaforma ha incluso una membrana porosa con un sensore integrato della serotonina su cui un modello del rivestimento dell'intestino può svilupparsi. Questa innovazione ha permesso che i ricercatori accedessero sia ai lati del basso che dell'alto della coltura cellulare--importante perché la serotonina è secernuta dai fondi delle celle.

Il lavoro è il primo per dimostrare un metodo fattibile per rilevazione delle molecole redox, quale serotonina, direttamente su un substrato poroso e flessibile della coltura cellulare. Accorda l'accesso superiore alle molecole cella-rilasciate e crea un ambiente di modello controllabile dell'intestino per realizzare la ricerca approfondita di GBA senza la necessità di eseguire le procedure dilaganti sugli esseri umani o sugli animali.

Il gruppo in secondo luogo di carta, “un sistema ibrido di Biomonitoring per la comunicazione del Intestino-Neurone„ (https://ieeexplore.ieee.org/document/9123494), configurazioni sui risultati del primi: i ricercatori hanno sviluppato la piattaforma di misurazione della serotonina più ulteriormente in modo da potrebbe valutare gli effetti neurologici della serotonina.

Aggiungendo ed integrando un modello diviso del nervo del gambero con il modello del rivestimento dell'intestino, il gruppo ha creato un'interfaccia del intestino-neurone che può electrophysiologically valutare la risposta del nervo alla serotonina elettrochimicamente individuata.

Questo avanzamento permette allo studio sulla segnalazione molecolare fra l'intestino e le cellule nervose, facente per la prima volta il video in tempo reale possibile di entrambi i tessuti di GBA.

Per concludere, il concetto, la progettazione e l'uso per l'intera piattaforma di biomonitoring è descritto in un terzo articolo, “sistemi di Transwell integrati sensore elettrochimico stampati 3D„ (https://www.nature.com/articles/s41378-020-00208-z).

Questo documento approfondisce lo sviluppo dell'alloggio 3D-printed, del mantenimento di una coltura cellulare sana dell'intestino del laboratorio-su-un-chip e della valutazione dei due tipi di sensori integrati sulla membrana della coltura cellulare.

I sensori doppi sono particolarmente importanti perché forniscono il feedback circa le componenti multiple del sistema--vale a dire, le parti che modellano la permeabilità del rivestimento dell'intestino (un forte indicatore della malattia) e la sua versione della serotonina (una misura della comunicazione con il sistema nervoso).

Accanto al sensore elettrochimico--valutato facendo uso di un dimethanol redox standard del ferrocene della molecola--un sensore dell'impedenza è stato utilizzato per riflettere la crescita e la copertura delle cellule sopra la membrana.

Facendo uso di entrambi questi sensori permetterebbe il video di una coltura cellulare dell'intestino nelle varie circostanze ambientali e dietetiche. Egualmente permetterebbe ai ricercatori di valutare i cambiamenti a permeabilità della barriera (un forte indicatore della malattia) ed alla versione della serotonina (una misura della comunicazione con il sistema nervoso).

Source:
Journal reference:

Rajasekaran, P. R., et al. (2020) 3D-Printed electrochemical sensor-integrated transwell systems. Microsystems & Nanoengineering. doi.org/10.1038/s41378-020-00208-z.