How to Approach the ENS: Various Ways to Analyse Motility Disorders in Situ and in Vitro

Abstract

Motility disorders of the human intestine are so variable that they cannot be diagnosed by just one technique. Their aetiology is obviously so varied that they have to be approached with a broad range of technical methods. These reach from the simple haematoxylin-stained section to the isolation of stem or precursor cells. In this study, various methods to investigate the enteric nervous system and its surrounding tissue are demonstrated. While sections from paraffin-embedded material or cryostat sections provide only a two-dimensional perspective of the ENS, the whole-mount method yields three-dimensional perspectives of large areas of the gut wall. The three-dimensional impression can even be enhanced by electron microscopy of the isolated ENS. Dynamical aspects of ENS development can be tackled by in vitro studies. The myenteric plexus can be isolated and cultivated under the influence of the microenvironment (protein extracts). Although the postnatal myenteric plexus is not fully developed, the choice of embryological neuronal cells seems to be more effective for certain approaches. They can be isolated from the embryonic mouse gut and cultivated under the influence of various factors. This method seems to us a valuable tool for the investigation of the aetiology of motility disorders, although only a “complete” approach which considers all available methods will yield at the end a clear understanding which might lead to new therapeutical concepts.

Résumé

Les désordres de la motilité de l'intestin chez l'humain sont si variables qu'ils ne peuvent pas être diagnostiqués par une seule technique. Leur étiologie est si variée qu'ils doivent être explorés par de nombreuses techniques. Ceci va de la simple étude à l'hémato-xyline jusqu'à l'isolation des précurseurs cellulaires. Dans cette étude, les divers méthodes pour explorer le système nerveux entérique et son tissu d'environnement sont démontrées. Alors que les techniques utilisant la paraffine ou le cryostat ne donnent qu'une perspective en 2 dimensions, l'autre technique donne une vue tri-dimensionnelle et permet une meilleure étude de la paroi intestinale. L'étude tri-dimensionnelle peut aussi être améliorée par la microscopie électronique de l'ENS isolé. Les aspects dynamiques du développement de l'ENS peuvent être appréciés par des études in vitro. Le plexus myentérique peut être isolé et cultivé sous l'influence du micro-environnement. Bien que le plexus myentérique post-natal ne soit pas complètement développé, le choix de cellules neuronales embryonnaires semble être particulièrement efficace. Elles peuvent être isolées du tissu embryonnaire et cultivées sous l'influence de différents facteurs. Cette méthode nous semble être un outil valable pour l'étude de l'étiologie des désordres de la motilité, bien que seule une approche complète qui considère toutes les méthodes disponibles permettra finalement une meilleure compréhension et de nouvelles approches thérapeutiques.

Resumen

Los trastornos de la motilidad del intestino humano son tan variables que no pueden ser diagnosticados solamente con una técnica. Su etiología es tan diferente que hay que aproximarse a ellos con un espectro amplio de métodos técnicos que van desde los cortes simples teñidos con hematoxilina hasta el aislamiento de las células troncales o precursoras. En este estudio mostramos varios métodos de investigar el sistema nervioso entérico (ENS) y su tejido circundante. Mientras los cortes de material incluído en parafina o cortes con criostato dan solamente una perspectiva bidimensional del ENS los métodos de montaje completo proporcionan aspectos tridimensionales de amplias áreas de la pared intestinal. La impresión tridimensional puede ser incluso aumentada por la microscopia de barrido del sistema nervioso entérico aislado. Los aspectos dinámicos del desarrollo de ENS pueden estudiarse in vitro. El plexo mientérico puede ser aislado y cultivado bajo influencias microambientales (extractos de proteínas). Aunque el plexo mientérico postnatal no está totalmente desarrollado, la elección de las células neuronales embriológicas parece ser más eficaz en algunos métodos. Las últimas pueden ser aisladas del intestino embrionario del ratón y cultivadas bajo la influencia de varios factores. Este método nos parece un instrumento válido para la investigación de la etiología de los trastornos de la motilidad aunque una aproximación „completa“ que considere todos los métodos disponibles puede proporcionar al final una comprensión clara e incluso llevar a nuevos conceptos terapeúticos.

Zusammenfassung

Motilitätsstörungen des menschlichen Darmes sind so vielfältig, dass sie nicht mit einer einzigen Methode diagnostiziert werden können. Ihre Ätiologie ist offensichtlich so unterschiedlich, dass ihre Analyse ein breites Spektrum der verschiedensten Techniken erfordert. Diese reichen von der einfachen Hämatoxylinfärbung einzelner Schnitte bis hin zur Isolierung von Stamm- oder Vorläuferzellen. In dieser Arbeit werden zahlreiche Methoden, mit denen das enterische Nervensystem untersucht werden kann, vorgestellt. Schnittpräparate liefern lediglich zweidimensionale Ansichten des ENS, während Häutchenpräparate der einzelnen Darmwandschichten einen dreidimensionalen Eindruck größerer Bereiche ermöglichen. Der dreidimensionale Eindruck des ENS kann sogar durch die Untersuchung isolierter Plexus-myentericus-Stückchen intensiviert werden. In-vitro-Studien sind in der Lage, auch dynamische Aspekte zu berücksichtigen. So lässt sich isolierter Plexus myentericus unter dem Einfluss seiner natürlichen Umgebung (Proteinextrakte der Darmwand) kultivieren.

Trotz der enormen postnatalen Wachstumspotenz des Plexus myentericus erscheint es in speziellen Entwicklungsstudien sinnvoller, embryonale Zellen zu verwenden. Diese können aus Mäuseembryonen isoliert und kultiviert werden. Dieser Ansatz erscheint uns als ein äußerst hilfreiches Werkzeug zur Entschlüsselung der Ätiologien von Motilitätsstörungen, auch wenn es offensichtlich erscheint, dass nur die Anwendung aller verfügbaren Techniken letztendlich zum Erfolg führen, und darüber hinaus auch Ansätze für therapeutische Konzepte liefern kann.

Key words

Motility disorders - enteric nervous system - tissue culture - progenitor cells

Mots-clés

Désordres de la motilité - système nerveux entérique - culture de tissus - cellules progénitrices

Palabras clave

Trastornos de la motilidad - sistema nervioso entérico - cultivo de tejidos - células progenitoras

Schlüsselwörter

Motilitätsstörungen - enterales Nervensystem - Häutchenpräparate

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