Une meilleure compréhension de l'axe intestin-cerveau peut conduire à de nouveaux traitements pour les troubles neurologiques

Quiconque a fait l'expérience de «papillons dans l'estomac» avant de faire une grande présentation ne sera pas surpris d'apprendre qu'il existe un lien physique entre son intestin et son cerveau.

Les neuroscientifiques et les professionnels de la santé appellent cette connexion «l'axe intestin-cerveau» (ACS); une meilleure compréhension de l'ACS pourrait conduire au développement de traitements et de remèdes pour les troubles neurologiques tels que la dépression et l'anxiété, ainsi que pour une gamme de maladies inflammatoires auto-immunes chroniques telles que le syndrome du côlon irritable (SCI) et la polyarthrite rhumatoïde.

À l'heure actuelle, ces conditions et maladies sont principalement diagnostiquées par les rapports des patients sur leurs symptômes. Cependant, les neuroscientifiques et les médecins étudient l'ACS afin de trouver des «biomarqueurs» pour ces maladies. Dans le cas du GBA, ce biomarqueur est probablement la sérotonine.

En ciblant cette connexion complexe entre l'intestin et le cerveau, les chercheurs espèrent pouvoir découvrir le rôle du microbiome intestinal dans les troubles intestinaux et cérébraux.

Avec un biomarqueur facilement identifiable tel que la sérotonine, il peut y avoir un moyen de mesurer comment le dysfonctionnement du microbiome intestinal affecte les voies de signalisation du GBA.

Il serait extrêmement utile de disposer d'outils susceptibles d'améliorer la compréhension, d'aider au diagnostic des maladies et de mieux comprendre comment l'alimentation et la nutrition affectent la santé mentale.

Avec un financement d'un million de dollars de la National Science Foundation, une équipe d'experts de l'Université du Maryland en ingénierie, en neurosciences, en microbiologie appliquée et en physique a progressé dans la construction d'une plate-forme capable de surveiller et de modéliser le traitement en temps réel de l'activité sérotoninergique du microbiome intestinal.

Trois nouveaux articles publiés détaillent l'avancement du travail, qui comprend des innovations dans la détection de la sérotonine, l'évaluation de ses effets neurologiques et la détection des changements infimes de l'épithélium intestinal.

Dans « Mesure électrochimique de la sérotonine par des électrodes Au-CNT fabriquées sur des membranes de culture cellulaire poreuses » (https: //www.la nature.com /des articles/s41378-020-00184-4), l'équipe a développé une plateforme permettant d'accéder au site spécifique de production de sérotonine.

La plate-forme comprenait une membrane poreuse avec un capteur de sérotonine intégré sur laquelle un modèle de la muqueuse intestinale peut être cultivé. Cette innovation a permis aux chercheurs d'accéder aux côtés supérieur et inférieur de la culture cellulaire, ce qui est important car la sérotonine est sécrétée par le bas des cellules.

Le travail est le premier à démontrer une méthode faisable pour la détection de molécules redox, telles que la sérotonine, directement sur un substrat de culture cellulaire poreux et flexible. Il offre un accès supérieur aux molécules libérées par les cellules et crée un environnement intestinal modèle contrôlable pour effectuer des recherches révolutionnaires sur l'ACS sans avoir à effectuer de procédures invasives sur des humains ou des animaux.

Le deuxième article de l'équipe, « Un système de biosurveillance hybride pour la communication intestin-neurone » (https: //ieeexplore.ieee.org /document/9123494), s'appuie sur les conclusions du premier: les chercheurs ont développé la plateforme de mesure de la sérotonine afin qu'elle puisse évaluer les effets neurologiques de la sérotonine.

En ajoutant et en intégrant un modèle de nerf d'écrevisses disséqué avec le modèle de muqueuse intestinale, l'équipe a créé une interface intestin-neurone qui peut évaluer électrophysiologiquement la réponse nerveuse à la sérotonine détectée électrochimiquement.

Cette avancée permet l'étude de la signalisation moléculaire entre les cellules intestinales et nerveuses, rendant possible la surveillance en temps réel des deux tissus GBA pour la première fois.

Enfin, le concept, la conception et l'utilisation de l'ensemble de la plate-forme de biosurveillance sont décrits dans un troisième article, « 3D Printed Electrochemical Sensor Integrated Transwell Systems » (https: //www.la nature.com /des articles/s41378-020-00208-z).

Cet article se penche sur le développement du boîtier imprimé en 3D, le maintien d'une culture cellulaire intestinale saine en laboratoire sur puce et l'évaluation des deux types de capteurs intégrés sur la membrane de culture cellulaire.

Les doubles capteurs sont particulièrement importants car ils fournissent des informations sur plusieurs composants du système – à savoir, les parties qui modélisent la perméabilité de la muqueuse intestinale (un indicateur fort de la maladie) et sa libération de sérotonine (une mesure de la communication avec le système nerveux).

Parallèlement au capteur électrochimique – évalué à l'aide d'une molécule redox standard ferrocène diméthanol – un capteur d'impédance a été utilisé pour surveiller la croissance cellulaire et la couverture de la membrane.

L'utilisation de ces deux capteurs permettrait de surveiller une culture de cellules intestinales dans diverses conditions environnementales et alimentaires. Cela permettrait également aux chercheurs d'évaluer les modifications de la perméabilité de la barrière (un indicateur fort de la maladie) et de la libération de sérotonine (une mesure de la communication avec le système nerveux).

La source:

Référence du journal:

Rajasekaran, P. R., et al. (2020) Systèmes de transwell intégrés aux capteurs électrochimiques imprimés en 3D. Microsystèmes et nano-ingénierie. doi.org/10.1038/s41378-020-00208-z.

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