Peneliti merekayasa "firasat" di piring laboratorium

Peneliti merekayasa “firasat” di piring laboratorium


Newswise – Penelitian tentang apa yang dikenal sebagai poros otak-usus terus mengungkap bagaimana otak dan usus saling memengaruhi kesehatan dan kesejahteraan satu sama lain. Sekarang para peneliti berusaha untuk mempelajari lebih lanjut tentang wacana usus-otak menggunakan sistem model yang dibangun di piring laboratorium.

Telah diketahui selama beberapa dekade bahwa otak dan usus, termasuk lambung dan usus, memiliki hubungan yang bergantung pada jalur komunikasi terbuka. Studi ilmiah telah menunjukkan bahwa pensinyalan usus-otak mengontrol fungsi-fungsi dasar — ​​seperti perut penuh yang memberi isyarat kepada otak untuk berhenti makan – dan telah terlibat dalam perkembangan kondisi yang kompleks termasuk depresi dan penyakit auto-imun.

Dan kemudian ada pengalaman sadar kita sendiri yang mencakup “memercayai naluri kita”, saat dihadapkan pada keputusan sulit, merasa mual menonton adegan mandi Psycho, atau merasakan kupu-kupu saat seseorang masuk ke ruangan itu.

Sekarang para peneliti di University of Maryland di College Park telah merekayasa sistem otak-usus eksperimental di piring lab — sering disebut sebagai lab-on-a-chip — untuk mulai mengidentifikasi molekul dan jalur sinyal yang memisahkannya. sistem organ yang saling bergantung berkomunikasi.

“Ini adalah teknik jaringan, kimia, dan listrik yang mengesankan,” jelas David Rampulla, Ph.D., direktur program di Synthetic Biology di National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB). “Tim merancang sebuah chip yang dapat mendukung berbagai jenis jaringan sambil mengintegrasikan sensor kimia dan listrik yang dapat dengan andal menangkap sinyal halus yang terjadi di antara jaringan secara real time.”

Desain chip terakhir menampilkan apa yang tim gambarkan sebagai sistem transwell. Ini memiliki kompartemen terpisah untuk “mini-gut” yang terdiri dari sel endotel yang membentuk model lapisan usus, dan kompartemen terpisah untuk “otak mini”, model sistem saraf yang terdiri dari tali saraf perut yang dibedah dari udang karang. Saraf lobster air tawar digunakan karena udang karang telah menjadi model hewan pokok untuk studi pensinyalan sumbu usus-otak. Sambungan fluida antara dua kompartemen memungkinkan pergerakan dan pemantauan molekul pensinyalan.

Setelah merancang dan membangun model usus-otak mereka, tim peneliti melakukan tes awal. Salah satu molekul pensinyalan sentral yang diketahui memainkan peran kunci dalam pensinyalan usus-otak adalah neurotransmitter serotonin. Tim menyuntikkan serotonin ke bagian atas modul usus. Sensor dalam sistem menunjukkan bahwa neurotransmitter berhasil ditransfer melalui permukaan sel endotel melalui dasar endotel di mana serotonin secara alami dilepaskan di usus.

Dalam milidetik, sensor listrik mendeteksi penembakan neuron di saraf udang karang yang menunjukkan bahwa serotonin telah menyebar dengan cepat ke dalam modul saraf — dengan setia mereproduksi respons elektrofisiologis alami yang diamati pada penelitian hewan menggunakan model udang karang.

Tim yakin bahwa sistem mereka akan memungkinkan pemantauan sinyal secara real-time antara kedua jaringan poros otak-usus secara bersamaan untuk pertama kalinya tanpa perlu melakukan prosedur invasif pada manusia atau hewan.

Studi masa depan yang direncanakan untuk sistem ini termasuk memeriksa bagaimana sinyal listrik dari tali saraf udang karang menyebabkan perubahan pada sel endotel yang berhubungan dengan disfungsi endotel yang mengakibatkan penyakit. Misalnya, pada penyakit autoimun seperti sindrom iritasi usus besar, terjadi penipisan endotel usus yang mengakibatkan disfungsi endotel dan peradangan. Studi dalam sistem baru bisa sangat berharga untuk mengidentifikasi pensinyalan neurokimia yang terlibat dalam perkembangan penyakit dan memandu pendekatan pengobatan baru untuk penyakit kompleks tersebut.

Pekerjaan itu dilaporkan dalam jurnal Microsystems & Nanoengineering1 dan didukung melalui hibah dari National Science Foundation, National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, dan Program Seed Grant dari University of Maryland’s Brain and Behavior Initiative (BBI).

  1. Pengukuran elektrokimia serotonin dengan elektroda Au-CNT yang dibuat pada membran kultur sel mikro. Ashley A.Chapin, Pradeep R. Rajasekaran, David N. Quan, Liangbing Hu, Jens Herberholz, William E. Bentley & Reza Ghodssi Microsystems & Nanoengineering volume 6, Nomor artikel: 90 (2020)


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author