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新系统可以实时观察结肠中的单个细胞

导读杜克大学的生物医学工程师开发了一种系统,可以实时观察活着的小鼠结肠中的单个细胞。研究人员希望该程序能够对消化系统的微生物组以及炎

杜克大学的生物医学工程师开发了一种系统,可以实时观察活着的小鼠结肠中的单个细胞。

研究人员希望该程序能够对消化系统的微生物组以及炎症性肠病和结肠癌等疾病的病因及其治疗方法进行新的研究。

12月11日在《自然通讯》(Nature Communications)上在线描述的程序涉及通过外科手术将透明窗口植入结肠上方小鼠腹部的皮肤。已经使用类似的设置来实时查看大脑,脊髓,肝,肺和其他器官的详细内部工作情况。但是,对活结肠进行成像是一个比较容易的建议。

大脑并不会移动很多,但是结肠会移动很多,这使得很难将详细的图像分解到单个细胞中。我们已经开发了一种磁性系统,该系统的强度足以在成像过程中将结肠稳定在适当的位置,以达到这种分辨率,但是可以迅速关闭以使结肠自由移动。”

对于诸如胶水或缝合的传统方法,固定结肠进行成像是一项棘手的任务。充其量讲,它们会引起炎症,从而破坏大多数实验。在最坏的情况下,它们会引起阻塞,从而迅速杀死正在研究的鼠标。

为了解决这个问题,Shen开发了一种磁性装置,该装置看起来像一条很小的金属鼻梁,可以安全地连接到结肠。磁场将结肠捕捉到位并在成像期间使其保持稳定,但是一旦关闭,磁场将使结肠自由移动并正常运行。

结肠是消化系统大部分微生物的重要器官,结肠可能会受到炎症性肠病,胃肠功能紊乱和癌症等疾病的折磨。它在调节免疫系统中也起着关键作用,并且可以通过神经直接与大脑交流。

沉说:“迫切需要更好地了解结肠,因为结肠可能患有多种疾病,并扮演着许多对健康有重大影响的角色。”在这项研究中,Shen和他的同事们进行了几个原理验证实验,为将来的研究方向提供了起点。

研究人员首先在活的小鼠结肠中克隆了克罗恩氏病患者的大肠杆菌,该细菌已被荧光蛋白标记。然后研究人员表明,他们可以跟踪细菌超过三天的迁移,生长和衰退。沉说,这种能力不仅可以帮助研究人员了解拮抗细菌如何侵害结肠,而且还可以帮助益生菌发挥积极作用,以及哪些菌株可以最有效地帮助胃肠道疾病患者。

在下一个实验中,用几种类型的荧光免疫细胞饲养小鼠。然后,研究人员在结肠中引起炎症,并仔细观察了这些免疫细胞的激活情况。沉说,这种方法可以与各种类型的免疫细胞和疾病一起使用,以更好地了解免疫系统如何应对挑战。

然后,Shen和他的同事表明,他们可以在整个放射治疗过程中标记和跟踪与大肠癌相关的结肠上皮干细胞。他们还证明,他们可以观察整个结肠神经对神经刺激的反应,,神经是一种用于治疗运动性和免疫性疾病(例如功能性胃肠道疾病和肠易激性疾病)的新兴疗法。

“虽然我们知道电刺激the神经可以缓解这些胃肠道疾病的症状,但我们目前不知道为什么或以任何方式来优化这些治疗方法,”沉说。“能够看到结肠神经元如何响应不同的刺激波形,频率和幅度,对于使这种方法成为更多患者的更好选择是非常宝贵的。”

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