تحقیقات در مورد آنچه که به عنوان محور روده-مغز شناخته می شود، همچنان نشان می دهد که چگونه مغز و روده بر سلامت و تندرستی تأثیر می گذارند. محققان اکنون به دنبال کسب اطلاعات بیشتر در مورد گفتمان روده و مغز با استفاده از یک سیستم مدل تعبیه شده در یک ظرف آزمایشگاهی هستند.
دهه‌هاست که مشخص شده است که مغز و روده، که شامل معده و روده می‌شود، ارتباطی دارند که بر خطوط باز ارتباطی متکی است. تحقیقات نشان می دهد که سیگنال دهی روده-مغزی عملکردهای اساسی را کنترل می کند – مانند معده پر که به مغز سیگنال می دهد غذا را متوقف کند – و در ایجاد شرایط پیچیده، از جمله افسردگی و بیماری های خودایمنی نقش دارد.
و سپس تجربیات آگاهانه خودمان وجود دارد، که شامل “اعتماد به روده خود” در هنگام مواجهه با یک تصمیم دشوار، احساس بیماری در تماشای صحنه دوش گرفتن در روانییا وقتی آن شخص خاص وارد اتاق می شود احساس پروانه می کند.
اکنون، محققان دانشگاه مریلند در کالج پارک، یک سیستم آزمایشی روده-مغز را در یک ظرف آزمایشگاهی ایجاد کرده‌اند – که اغلب آزمایشگاه روی یک تراشه نامیده می‌شود – تا شروع به شناسایی مولکول‌ها و مسیرهای سیگنالینگ کنند که توسط آنها جدا و در عین حال وابسته به یکدیگر هستند. سیستم های اندام ارتباط برقرار می کنند.
دکتر دیوید رامپولا، مدیر برنامه زیست شناسی مصنوعی در مؤسسه ملی تصویربرداری زیست پزشکی و مهندسی زیستی (NIBIB) توضیح داد: “این یک مهندسی بافت، شیمی و برق قابل توجه است.” این تیم تراشه‌ای طراحی کرد که می‌تواند چندین نوع بافت را پشتیبانی کند و در عین حال حسگرهای شیمیایی و الکتریکی را با هم ادغام کند که می‌توانند سیگنال‌های ظریفی را که در زمان واقعی بین بافت‌ها جریان می‌یابند به‌طور قابل‌اطمینان ثبت کنند.
طراحی نهایی تراشه شامل چیزی است که تیم به عنوان یک سیستم transwell توصیف می کند. دارای یک محفظه مجزا برای “مینی روده” متشکل از سلولهای اندوتلیال که نشان دهنده مدل مخاط روده هستند، و یک محفظه جداگانه برای “مینی مغز”، یک سیستم عصبی مدل که از طناب عصبی شکمی جدا شده از سرطان تشکیل شده است. . از عصب خرچنگ استفاده شد زیرا خرچنگ یک مدل حیوانی اصلی برای مطالعه سیگنال دهی محور روده-مغز بوده است. اتصال سیال بین دو محفظه امکان حرکت و نظارت بر مولکول های سیگنال را فراهم می کند.
پس از طراحی و ساخت مدل روده-مغز خود، تیم تحقیقاتی آزمایشات اولیه را انجام دادند. یکی از مولکول های سیگنال دهنده مرکزی که نقش کلیدی در سیگنال دهی روده-مغزی ایفا می کند، انتقال دهنده عصبی سروتونین است. این تیم سروتونین را به قسمت بالایی ماژول روده تزریق کردند. حسگرهای موجود در سیستم نشان می‌دهند که انتقال‌دهنده عصبی با موفقیت در سراسر سطح سلول اندوتلیال به پایه اندوتلیوم منتقل شده است، جایی که سروتونین به طور طبیعی در روده آزاد می‌شود.
در عرض میلی ثانیه، حسگرهای الکتریکی شلیک نورون‌ها را در عصب خرچنگ شناسایی کردند، که نشان می‌دهد سروتونین به سرعت در سراسر ماژول عصبی پخش شده است و صادقانه پاسخ‌های الکتروفیزیولوژیکی طبیعی را که در مطالعات حیوانی با استفاده از مدل خرچنگ مشاهده می‌شود، بازتولید می‌کند.
این تیم مطمئن است که سیستم آنها برای اولین بار، بدون نیاز به انجام روش‌های تهاجمی بر روی انسان یا حیوانات، امکان نظارت همزمان سیگنال‌های بین دو بافت محور روده-مغز را در زمان واقعی فراهم می‌کند.
مطالعات آینده برنامه ریزی شده برای این سیستم شامل بررسی این موضوع است که چگونه سیگنال های الکتریکی از طناب عصبی خرچنگ باعث ایجاد تغییراتی در سلول های اندوتلیال می شود که با اختلال عملکرد اندوتلیال منجر به بیماری می شود. به عنوان مثال، در بیماری های خودایمنی مانند سندرم روده تحریک پذیر، نازک شدن اندوتلیوم روده وجود دارد که منجر به اختلال عملکرد اندوتلیال و التهاب می شود. مطالعات در سیستم جدید می تواند در شناسایی سیگنال های عصبی شیمیایی درگیر در توسعه بیماری و هدایت رویکردهای جدید برای درمان چنین بیماری های پیچیده بسیار ارزشمند باشد.
این کار در مجله Microsystems & Nanoengineering گزارش شده است1 و توسط کمک های مالی بنیاد ملی علوم، مؤسسه ملی تصویربرداری زیست پزشکی و مهندسی زیستی، و برنامه کمک هزینه بذر ابتکار عمل مغز و رفتار دانشگاه مریلند (BBI).
2. دسترسی باز: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
