自由に動くマウスにおける腸由来微生物代謝物の脳室内送達

要約

腸由来の微生物代謝物は、動物の複雑な行動につながる多面的な影響を及ぼします。私たちは、ガイドカニューレを介した脳室内送達を介して脳内の腸由来微生物代謝物の影響を描写するための段階的な方法を提供することを目指しています。

要約

腸内細菌叢とその代謝産物が宿主の生理学と行動に与える影響は、この10年間で広範囲に調査されてきました。多くの研究により、腸内細菌叢由来の代謝物が宿主の複雑な腸脳経路を介して脳を介した生理学的機能を調節することが明らかになっています。短鎖脂肪酸(SCFA)は、腸内細菌叢による食物繊維発酵中に生成される主要な細菌由来の代謝物です。腸から分泌されたSCFAは、末梢の複数の部位で作用し、SCFA受容体の膨大な分布により、免疫、内分泌、および神経応答に影響を与える可能性があります。したがって、SCFAの経口および腹腔内投与を通じてSCFAの中枢および末梢効果を区別することは困難です。この論文は、自由に動くマウスのガイドカニューレ を介して 脳内のSCFAの機能的役割を調べるビデオベースの方法を提示します。脳内のSCFAの量と種類は、注入量と速度を制御することによって調整できます。この方法は、脳内の腸由来代謝物の役割を理解する方法を科学者に提供することができます。

概要

ヒトの胃腸管には、宿主に影響を与える多様な微生物が宿主を宿している^1,2,3。これらの腸内細菌は、宿主によって消費される食事成分の利用中に腸由来の代謝産物を分泌することができる^4,5。興味深いことに、末梢で代謝されていない腸代謝産物は、循環を介して他の臓器に輸送することができます⁶。注目すべきことに、これらの分泌された代謝産物は、中枢神経系と腸の間の双方向通信として定義される腸脳軸のメディエーターとして機能することができます⁷。以前の研究では、腸由来の代謝物が動物の複雑な行動や感情を調節できることが示されています^8,9,10,11。

短鎖脂肪酸(SCFA)は、食物繊維と難消化性炭水化物の発酵中に腸内細菌叢によっ....

プロトコル

すべての実験プロトコルと動物の世話は、国立成功大学(NCKU)の施設動物管理および使用委員会(IACUC)によって承認されました。

1. 実験動物の準備

1. ベンダーから6〜8週齢の野生型C57BL / 6JNarlオスマウスを入手します。
2. 標準的なマウス飼料と滅菌水を 自由に入れた標準的なマウスケージにマウスを収容します。
   注意: NCKUの実験動物センターの収容条件は、温度22±1°C、湿度55%±10%、および13時間/ 11時間の明暗サイクルです。

2.定位固定手術

1. 定位固定装置、手術器具、および関連アイテムを準備および滅菌します。
   注:手術部位に直接接触するすべてのアイテムは、感染を避けるために滅菌する必要があります。
2. マウスを酸素中の1%〜5%イソフルランを含むプレキシグラスケージに入れて麻酔します。
   注意: マウスを注意深く観察して、呼吸数が毎秒約1回の呼吸に維持されていることを確認します。
3. マウスを麻酔室から取り出します。ペットトリマーで手術部位(マウスの頭)を剃ります。マウス切歯を定位固定装置用切歯ホルダーの切歯バーに固定することにより、マウスを定位固定装置フレームに置きます。ノーズコーンマスク....

結果

ガイドカニューレ移植からの回復から1週間後にマウスにSCFAを注入し、新規ケージ内の自発運動を評価した。マウスを新しいケージに入れ、最初の5分間で2,100 nLのSCFAまたはACSFを注入しました(送達速度7 nL / s)脳の側脳室に埋め込まれた市販のガイドカニューレを介して脳に注入します。新規ケージ内の自発運動は、注入後さらに30分間記録されました。.SCFAsとACSFの注入では、新規ケージ内の?.......

ディスカッション

腸由来の代謝産物は、体内での複数の結合部位のために、あまり正確なメカニズムなしに脳介在性疾患と関連しています^6,12,24。以前の報告では、SCFAがGタンパク質共役型受容体、エピジェネティック調節因子、および体内の複数の部位でのエネルギー生産の源のリガンドとして機能する可能性があることが示されました

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Material
Advil Liqui-Gels Solubilized Ibuprofen A2:D41	Pfizer	n/a
Alexa Fluor 488 donkey anti-rabbit	ThermoFisher Scientific	A-21206
Anti-Fluorescent Gold (rabbit polyclonal)	Millipore	AB153-I
Bottle Top Vacuum Filter, 500 mL, 0.22 μm, PES, Sterile	NEST	121921LA01
CaCl2	Sigma-Aldrich	C1016	ACSF: 0.14 g/L
Chlorhexidine scrub 2%	Phoenix	NDC 57319-611-09
Chlorhexidine solution	Phoenix	NDC 57319-599-09
Commercial dummy	RWD Life Science	62004	Single_OD 0.20 mm/ M3.5/G = 0.5 mm
Commercial guide cannul	RWD Life Science	62104	Single_OD 0.41 mm-27G/ M3.5/C = 2.5 mm
Commercial injector	RWD Life Science	62204	Single_OD 0.21 mm-33G/ Mates with M3.5/C = 3.5 mm/G = 0.5 mm
D-(+)-Glucose	Sigma-Aldrich	G8270	ACSF: 0.61 g/L
Dental acrylic	HYGENIC	n/a
Fixing screws	RWD Life Science	62521
Fluoroshield mounting medium with DAPI	Abcam	AB104139
Horse serum	ThermoFisher Scientific	16050130
Insulin syringes	BBraun	XG-LBB-9151133S-1BX	1 mL
Isoflurane	Panion & BF biotech	DG-4900-250D
KCl	Sigma-Aldrich	P3911	ACSF: 0.19 g/L
Ketoprofen	Swiss Pharmaceutical	n/a
Lidocaine	AstraZeneca	n/a
Low melting point agarose	Invitrogen	16520
MgCl2	Sigma-Aldrich	M8266	ACSF: 0.19 g/L
Microscope cover slips	MARIENFELD	101242
Microscope slides	ThermoFisher Scientific	4951PLUS-001E
Mineral oil light, white NF	Macron Fine Chemicals	MA-6358-04
NaCl	Sigma-Aldrich	S9888	ACSF: 7.46 g/L
NaH2PO4	Sigma-Aldrich	S8282	ACSF: 0.18 g/L
NaHCO3	Sigma-Aldrich	S5761	ACSF: 1.76 g/L
n-butyl cyanoacrylate adhesive (tissue adhesive glue)	3M	1469SB	3M Vetbond
Neural tracer	Santa Cruz	SC-358883	FluoroGold
Paraformaldehyde	Sigma-Aldrich	P6148
Polyethylene tube	RWD Life Science	62329	OD 1.50, I.D 0.50 mm and OD 1.09, I.D 0.38 mm
Puralube Vet (eye) Ointment	Dechra	12920060
Sodium acetate	Sigma-Aldrich	S2889	SCFAs: 13.5 mM
Sodium azide	Sigma-Aldrich	S2002
Sodium butyrate	Sigma-Aldrich	B5887	SCFAs: 8 mM
Sodium propionate	Sigma-Aldrich	P1880	SCFAs: 5.18 mM
Stainless guide cannula	Chun Ta stainless steel enterprise CO., LTD.	n/a	OD 0.63 mm; Local vendor
Stainless injector	Chun Ta stainless steel enterprise CO., LTD.	n/a	OD 0.3 mm; dummy is made from injector; local vendor
Superglue	Krazy Glue	KG94548R
Triton X-100	Merck	1.08603.1000
Equipment
Cannula holder	RWD Life Science	B485-68217
Ceiling camera	FOSCAM	R2
Digital stereotaxic instruments	Stoelting	51730D
Dissecting microscope	INNOVIEW	SEM-HT/TW
Glass Bead Sterilizer	RWD Life Science	RS1501
Heating pad	Stoelting	53800M
Leica microscope	Leica	DM2500
Micro Dissecting Forceps	ROBOZ	RS-5136	Serrated, Slight Curve; Extra Delicate; 0.5mm Tip Width; 4" Length
Micro Dissecting Scissors	ROBOZ	RS-5918	4.5" Angled Sharp
Microinjection controller	World Precision Instruments (WPI)	MICRO2T	SMARTouch Controller
Microinjection syringe pump	World Precision Instruments (WPI)	UMP3T-1	UltraMicroPump3
Microliter syringe	Hamilton	80014	10 µL
Optical Fiber Cold Light with double Fiber	Step	LGY-150	Local vendor
Pet trimmer	WAHL	09962-2018
Vaporiser for Isoflurane	Step	AS-01	Local vendor
Vibratome	Leica	VT1000S
Software
Animal behavior video tracking software	Noldus	EthoVision	Version: 15.0.1416
Leica Application Suite X software	Leica	LASX	Version: 3.7.2.22383