И если вы не знали, что у кишечника есть собственная нервная система, не волнуйтесь, вы не одиноки.«Впервые я услышал о кишечной нервной системе два года назад и подумал:« Что это? », — сказал Силин Шэнь, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Университете Дьюка и автор исследования, опубликованного 7 июня 2016 года в Nature Communications. «Даже у нейробиологов их единственное знакомство с этим обычно составляет что-то вроде полстраницы учебника. Но на самом деле это очень важно».
Кишечная нервная система, состоящая из пяти раз больше нейронов, чем спинной мозг, и часто называемая «вторым мозгом», представляет собой сетчатую оболочку нейронов, которая контролирует желудочно-кишечный тракт. Он регулирует прохождение пищи через пищеварительную систему и сообщает о потенциальных проблемах иммунной системе. И хотя она имеет прямую связь как с головным, так и со спинным мозгом, кишечная система способна управлять органами, находящимися под ее контролем, независимо от любой из этих систем.
Однако, несмотря на его важность, очень мало известно о кишечной нервной системе, например о том, как она реагирует на лекарства или что с ней может пойти не так, чтобы вызвать заболевание.«Около четверти населения мира страдает функциональным желудочно-кишечным расстройством», — сказал Шен. «Вы, наверное, слышали термин« функциональное расстройство желудочно-кишечного тракта », который включает такие заболевания, как синдром раздраженного кишечника, запор и недержание мочи. Если вы посмотрите на физиологию этих заболеваний, кишечник выглядит нормально. Это нервы, которые каким-то образом не работают.
Причина, по которой этот термин включает в себя так много болезней, состоит в том, что мы действительно понятия не имеем, что происходит с этими нервами ».Шен хочет изменить это, буквально установив смотровое окно.
В новом исследовании Шен имплантировал прозрачное окно из прочного боросиликатного стекла в кожу живота мышей. Поскольку для фиксации окна не было черепных или костных структур, ему потребовалось изобрести хирургическую вставку, напечатанную на 3D-принтере, для стабилизации.
Устройство предотвращает чрезмерное движение кишечника, сохраняя при этом нормальные пищеварительные функции, позволяя исследователям смотреть на одно и то же место в течение нескольких дней.Будучи первым, кто получил живое изображение кишечной нервной системы, Шен не собирался тратить зря зрелище. Поскольку кишечник может быть загруженной и шумной средой, он разработал систему для одновременной регистрации как электрической, так и оптической активности — также впервые в этой области.В эксперименте используются трансгенные мыши с нервами, которые при стрельбе светятся зеленым оттенком.
Используя прозрачный графеновый датчик для получения электрических сигналов от нервов, Шен получил беспрепятственный обзор нервной активности.Оптический сигнал дает пространственное разрешение, позволяя исследователям определить, какой нейрон активен.
Электрический сигнал обеспечивает временное разрешение, которое фиксирует точную форму волны возбуждающих нейронов. Шен сказал, что кишечная нервная система теперь готова к исследованию.«О головном и спинном мозге известно так много, потому что мы можем открыть их, посмотреть на них, записать нейронную активность и составить карту их поведения», — сказал Шен. «Теперь мы можем начать делать то же самое с кишечником.
Мы можем увидеть, как он реагирует на различные лекарства, нейротрансмиттеры или заболевания. Мы даже искусственно активировали отдельные нейроны в кишечнике светом, чего раньше никто не делал. Это нововведение поможет мы понимаем эту «темную» нервную систему, о которой мы в настоящее время совершенно не догадываемся ».