BACKGROUND AND AIMS Recently, it was demonstrated that optogenetics could be used to stimulate enteric calretinin neurons, leading to increased colonic transit in vitro and in vivo. The aim of the current study was to determine if similar approaches could be used to stimulate the isolated mouse small intestine, with the aim of potentially also improving transit in the small bowel. METHODS Cre-Lox recombination was used to generate transgenic mice expressing the light-sensitive ion channel channelrhodopsin-2 (ChR2) in calretinin neurons. RESULTS Spontaneous migrating motor complexes were recorded from isolated terminal small intestine in both CalCre+ mice expressing ChR2 in calretinin-expressing neurons and experimental controls, CalCre-. Trains of blue light pulses (20 ms, 5 Hz, 20s) evoked a brief local contraction of circular muscle, but never a premature MMC, irrespective of light intensity (1-40 mV/mm2) or the region of ileum stimulated. However, MMCs were readily evoked by calretinin neuron activation in colon, consistent with our previous study. Light-evoked contractions of the terminal small bowel were hexamethonium-resistant (300 μM), but blocked by tetrodotoxin (0.6 μM). Light-evoked smooth muscle contraction did not change the pacemaker frequency underlying MMCs. CONCLUSION Focal illumination of the small intestine does not appear as effective at inducing propulsive motor activity as has been demonstrated in the colon of the same colony mice. This study suggests caution should be exercised when assuming optogenetic technology is equally effective at increasing GI transit in the small intestine as in the large intestine of mice.

中文翻译：

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肠神经系统光遗传学激活对小鼠小肠胃肠运动的影响

背景和目的 最近，证明光遗传学可用于刺激肠钙调蛋白神经元，导致体外和体内结肠转运增加。当前研究的目的是确定是否可以使用类似的方法来刺激离体的小鼠小肠，目的是还可能改善小肠的转运。方法 Cre-Lox 重组用于生成在 calretinin 神经元中表达光敏离子通道 channelrhodopsin-2 (ChR2) 的转基因小鼠。结果 在表达 calretinin 的神经元和实验对照 CalCre- 中表达 ChR2 的 CalCre+ 小鼠中，从分离的末端小肠记录了自发迁移运动复合体。蓝光脉冲序列（20 毫秒，5 赫兹，20 秒）引起圆形肌肉的短暂局部收缩，但绝不是过早的 MMC，无论光强度 (1-40 mV/mm2) 或受刺激的回肠区域如何。然而，MMCs 很容易被结肠中的 calretinin 神经元激活所诱发，这与我们之前的研究一致。末端小肠的光诱发收缩具有六甲铵抗性 (300 μM)，但被河豚毒素 (0.6 μM) 阻断。光诱发的平滑肌收缩不会改变 MMC 下的起搏器频率。结论 小肠的局部照明在诱导推进运动活动方面似乎不如在同一群落小鼠的结肠中所证明的那样有效。这项研究表明，当假设光遗传学技术在增加小鼠小肠和大肠中的 GI 转运方面同样有效时，应谨慎行事。无论光强度 (1-40 mV/mm2) 或受刺激的回肠区域如何。然而，MMCs 很容易被结肠中的 calretinin 神经元激活所诱发，这与我们之前的研究一致。末端小肠的光诱发收缩具有六甲铵抗性 (300 μM)，但被河豚毒素 (0.6 μM) 阻断。光诱发的平滑肌收缩不会改变 MMC 下的起搏器频率。结论 小肠的局部照明在诱导推进运动活动方面似乎不如在同一群落小鼠的结肠中所证明的那样有效。这项研究表明，当假设光遗传学技术在增加小鼠小肠和大肠中的 GI 转运方面同样有效时，应谨慎行事。无论光强度 (1-40 mV/mm2) 或受刺激的回肠区域如何。然而，MMCs 很容易被结肠中的 calretinin 神经元激活所诱发，这与我们之前的研究一致。末端小肠的光诱发收缩具有六甲铵抗性 (300 μM)，但被河豚毒素 (0.6 μM) 阻断。光诱发的平滑肌收缩不会改变 MMC 下的起搏器频率。结论 小肠的局部照明在诱导推进运动活动方面似乎不如在同一群落小鼠的结肠中所证明的那样有效。这项研究表明，当假设光遗传学技术在增加小鼠小肠和大肠中的 GI 转运方面同样有效时，应谨慎行事。MMC 很容易被结肠中的 calretinin 神经元激活所诱发，这与我们之前的研究一致。末端小肠的光诱发收缩具有六甲铵抗性 (300 μM)，但被河豚毒素 (0.6 μM) 阻断。光诱发的平滑肌收缩不会改变 MMC 下的起搏器频率。结论 小肠的局部照明在诱导推进运动活动方面似乎不如在同一群落小鼠的结肠中所证明的那样有效。这项研究表明，当假设光遗传学技术在增加小鼠小肠和大肠中的 GI 转运方面同样有效时，应谨慎行事。MMC 很容易被结肠中的 calretinin 神经元激活所诱发，这与我们之前的研究一致。末端小肠的光诱发收缩具有六甲铵抗性 (300 μM)，但被河豚毒素 (0.6 μM) 阻断。光诱发的平滑肌收缩不会改变 MMC 下的起搏器频率。结论 小肠的局部照明在诱导推进运动活动方面似乎不如在同一群落小鼠的结肠中所证明的那样有效。这项研究表明，当假设光遗传学技术在增加小鼠小肠和大肠中的 GI 转运方面同样有效时，应谨慎行事。末端小肠的光诱发收缩具有六甲铵抗性 (300 μM)，但被河豚毒素 (0.6 μM) 阻断。光诱发的平滑肌收缩不会改变 MMC 下的起搏器频率。结论 小肠的局部照明在诱导推进运动活动方面似乎不如在同一群落小鼠的结肠中所证明的那样有效。这项研究表明，当假设光遗传学技术在增加小鼠小肠和大肠中的 GI 转运方面同样有效时，应谨慎行事。末端小肠的光诱发收缩具有六甲铵抗性 (300 μM)，但被河豚毒素 (0.6 μM) 阻断。光诱发的平滑肌收缩不会改变 MMC 下的起搏器频率。结论 小肠的局部照明在诱导推进运动活动方面似乎不如在同一群落小鼠的结肠中所证明的那样有效。这项研究表明，当假设光遗传学技术在增加小鼠小肠和大肠中的 GI 转运方面同样有效时，应谨慎行事。结论 小肠的局部照明在诱导推进运动活动方面似乎不如在同一群落小鼠的结肠中所证明的那样有效。这项研究表明，当假设光遗传学技术在增加小鼠小肠和大肠中的 GI 转运方面同样有效时，应谨慎行事。结论 小肠的局部照明在诱导推进运动活动方面似乎不如在同一群落小鼠的结肠中所证明的那样有效。这项研究表明，当假设光遗传学技术在增加小鼠小肠和大肠中的 GI 转运方面同样有效时，应谨慎行事。