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Das Tow-Int Tech System zur Überwachung des Tierstoffwechsels kann die Auswirkungen systemischer Stoffwechselveränderungen untersuchen

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Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Immunreaktion von Tumoren

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Hintergrund

Die Umgebungstemperatur ist mit unserem Leben verbunden und hat einen wichtigen Einfluss auf die menschliche Gesundheit. Jüngste Studien haben Veränderungen der Umgebungstemperatur mit dem Stoffwechsel, den Darmmikroben und der Immunantwort auf Krebs in Verbindung gebracht. Systemische Stoffwechselveränderungen, die durch die Umgebungstemperatur ausgelöst werden, führen zu antitumoralen Immunreaktionen. Bei Temperaturveränderungen treten Wechselwirkungen zwischen dem Darmmikrobiom und dem Immunstoffwechsel auf. Die Beobachtung der Auswirkungen der Umgebungstemperatur auf den Körperstoffwechsel könnte zur Entdeckung von Stoffwechselkrankheiten und neuen Behandlungsmöglichkeiten für Krebs beitragen.

Das System zur Überwachung des Stoffwechsels von Tieren kann nicht nur die Umgebungstemperatur erfassen, sondern auch stoffwechselbedingte Indikatoren von Kleintieren in Echtzeit überwachen und aufzeichnen, Verhaltensaktivitäten von Tieren und ihre Beziehung zum Atmungsstoffwechsel qualitativ und quantitativ messen und analysieren und in den Bereichen Ernährung, Fettleibigkeit, Diabetes und Forschung zu kardiovaskulären und anderen stoffwechselbedingten Krankheiten weithin eingesetzt werden.

Wie wirken sich die durch die Umgebungstemperatur verursachten systemischen Stoffwechselveränderungen auf die Antitumor-Immunantwort aus?

1. Umgebungstemperatur und Fettstoffwechsel

Unterschiede in der Umgebungstemperatur können die körperlichen Bedürfnisse eines Organismus, seine Stoffwechselaktivität und seine Darmmikrobiota beeinflussen. Das Fettgewebe besteht aus einer großen Anzahl von Fettzellhaufen, die durch dünne Schichten von lockerem Bindegewebe in Läppchen unterteilt sind. Die Aufnahme von Glukose und Lipiden ist eine wesentliche Energiequelle für Krebszellen, und das Fettgewebe spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Energiehaushalts bei Veränderungen der Umgebungstemperatur

Die biophysikalischen Anforderungen der Organismen bei verschiedenen Umgebungstemperaturen, einschließlich ihrer Stoffwechselaktivitäten in verschiedenen Geweben und der Darmmikrobiota, sind unterschiedlich.

In einer kalten Umgebung wird Muskelzittern ausgelöst, was die Wärmeproduktion im braunen Fettgewebe fördert. Die Bräunung des weißen Fettgewebes bei längerer Kälteexposition ist ebenfalls über verschiedene Mechanismen an der Thermogenese beteiligt, einschließlich der Stimulierung von hepatischem FGF21 und Gallensäuren (BA). Ein erhöhter hepatischer Acylcarnitin-Stoffwechsel trägt zur Lipidoxidation in der Leber und anderen Geweben bei.

In warmen Umgebungen bewirkt die Wärmeexposition entgegengesetzte Veränderungen in der Mikrobiota, die den Knochenumbau durch eine erhöhte Polyaminproduktion deutlich begünstigen. Nach der hepatischen Hitzeanpassung sinkt der Sauerstoffverbrauch in Ruhe. Wenn die Temperaturen steigen, können weiße Fettzellen eine epigenetische Umprogrammierung erfahren.

2. Immunreaktion bei unterschiedlichen Temperaturen

Immunzellen überwachen und reagieren auf metabolische Umweltreize und verschiedene endogene Auslöser, was zu Veränderungen ihrer Funktion führt. Studien an Mensch und Tier haben gezeigt, dass unterschiedliche Umgebungstemperaturen die zellulären und humoralen Immunreaktionen verändern können. Die Abbildung zeigt die metabolischen und immunologischen Auswirkungen der Umgebungstemperatur bei Mäusen und Menschen

Wir wissen, dass Immunzellen in einer thermoneutralen Umgebung gestärkt werden und dass kalte Umgebungstemperaturen sowohl hemmende als auch unterstützende Auswirkungen auf das Immunsystem haben, was in gewissem Maße von der Dauer der Kälteexposition abhängt. Mehrere Studien haben auch gezeigt, dass eine kurzfristige Kältestimulation beim Menschen zwar die lymphoproliferativen Reaktionen und die Th1-Zytokinproduktion reduziert, aber auch Entzündungsreaktionen und immunsuppressive Signaturgene auslöst. Daten von Mäusen zeigen, dass eine langfristige Anpassung an die Kälteexposition zu einer entzündungshemmenden Reaktion führt, was darauf hindeutet, dass Veränderungen der Immunreaktionen während der Kälteakklimatisierung von allgemeiner Bedeutung sein könnten.

3. Auswirkung der Umgebungstemperatur auf die Mikrobiota des Darms

Das menschliche Mikrobiom ist auf verschiedene Körperteile verteilt, unter anderem auf die Atemwege, die Haut und den Darm. Darunter befinden sich viele Arten von Enteroviren und Pilzen. Neben der Rolle der Darmmikrobiota bei der Nahrungsverdauung und der physiologischen Regulierung des Wirts gibt es immer mehr Hinweise darauf, dass sie eine schützende Rolle für das Immunsystem spielt und die Anti-Tumor-Immuntherapie bei Krebspatienten unterstützt.

Die Bausteine des Lebens sind von Natur aus temperaturempfindlich. Bei zu hohen Temperaturen denaturieren Proteine, verlieren Nukleinsäuren ihre Basenpaarung, und die Plasmamembran wird zu flüssig. Bei zu niedrigen Temperaturen verlangsamt sich alles: Enzyme arbeiten weniger effizient, Nukleinsäuren bilden unangenehme Sekundärstrukturen, und die Plasmamembran versteift sich. Infolgedessen stellen Mikroorganismen und andere Organismen ihre zellulären Prozesse so ein, dass sie innerhalb bestimmter Temperaturbereiche wachsen und reagieren, wenn ihr optimaler Temperaturbereich überschritten wird.

Obwohl Studien gezeigt haben, dass die Mikrobiota unter Temperaturakklimatisierung eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Wirtsimmunsystems spielt, haben neuere Studien deutlich gemacht, dass die Zusammensetzung der Darmmikrobiota von Menschen und Mäusen auf Artniveau unterschiedlich ist. Beim Menschen setzt sich das Phylum Bacteroidetes hauptsächlich aus der Firmicutes-Phylle der Familien Bacteroidetesceae und Ruminococcaceae zusammen. Bei Mäusen hingegen bestehen die Bacteroidetes hauptsächlich aus der Familie S24-7, während die Firmicutes aus den Clostridiales bestehen. Auf der Grundlage dieser Berichte sind verschiedene Ansätze denkbar, um die Herausforderungen bei der Verwendung der Mausmikrobiota als Ersatz für den Menschen zu bewältigen. Beispiele hierfür sind die Etablierung von Mausmodellen durch Transplantation der menschlichen Darmmikrobiota in keimfreie Mäuse und die Entdeckung funktioneller Homologe zwischen Mausspezies und menschlicher Mikrobiota. Obwohl Studien an Tiermodellen gezeigt haben, dass die Mikrobiota eine Schlüsselrolle bei der Regulierung des Immunstoffwechsels unter verschiedenen Umgebungstemperaturen spielt, muss die Bedeutung der menschlichen Darmmikrobiota in dieser Hinsicht noch weiter untersucht werden.

4. Umwelttemperatur bei Krebs und Immuntherapie

Die Umwelttemperatur kann die Tumorentstehung durch verschiedene physiologische Prozesse wie metabolische und endokrine Veränderungen, Veränderungen der Immunreaktionen und der Darmmikrobiota fördern. Krebs- und bösartige Zellen unterliegen metabolischen Veränderungen, vor allem durch einen beschleunigten glykolytischen Stoffwechsel, um Energie zu gewinnen, die ihre Vermehrung, ihr Überleben und ihre Migration fördert. Glukosemangel in der Mikroumgebung des Tumors und im Wirtsmilieu kann jedoch auch zu einer metabolischen Umprogrammierung der Krebszellen führen, z. B. durch Aktivierung des Lipidstoffwechsels, wodurch sich das Fortschreiten des Tumors und die Arzneimittelresistenz verändern.

Chronischer (milder) Kältestress bei einer Standard-Raumtemperatur von ca. 22 °C beschleunigt das Tumorwachstum; daher variiert die Wirksamkeit der Anti-Tumor-Immunantwort erheblich in Abhängigkeit von der Temperatur. In einem Mausmodell wurde ein signifikanter Anstieg der Anti-Tumor-Effektor-CD8+-T-Zellen in der Mikroumgebung des Tumors und in den drainierenden Lymphknoten beobachtet, während sowohl die regulatorischen T-Zellen als auch die immunsuppressiven Zellen bei 30°C reduziert waren. Dies deutet darauf hin, dass nur die Aufzucht der Mäuse bei 22°C zu einer signifikanten Unterdrückung der Antitumor-Immunantwort führt. Wir haben auch beobachtet, dass dieser Effekt verloren ging, wenn die Tumore in immundefizienten Mäusen wuchsen, was auf eine Rolle der adaptiven Immunantwort hindeutet.

Eine verbesserte Immunüberwachung ist für die Krebsimmuntherapie von entscheidender Bedeutung, da sie die Beseitigung von immunvermittelten Krebszellen erhöhen kann. Die Darmmikrobiota produziert eine Vielzahl kleiner Moleküle und Stoffwechselprodukte, die eine wesentliche Rolle bei der Immunreaktion des Körpers und der metabolischen Gesundheit spielen. Es gibt immer mehr Belege dafür, dass die Darmmikrobiota beim Tumorwachstum eine Rolle spielt, die die Anti-Tumor-Immunität und die Effizienz der krebsbekämpfenden Immunwirkung verschiedener Immun-Checkpoint-Inhibitoren beeinflusst. Daher ist es wichtig zu verstehen, inwieweit Veränderungen in der Darmmikrobiota, die auf Veränderungen der Umgebungstemperatur zurückzuführen sind, am Krebsimmunstoffwechsel beteiligt sind.

Schlussfolgerungen

Veränderungen der Umgebungstemperatur wirken sich auf die Immunantwort gegen Tumore aus. Das Zusammenspiel zwischen dem Darmmikrobiom und dem Immunstoffwechsel ändert sich auch bei Temperaturveränderungen. Obwohl in letzter Zeit deutlich geworden ist, dass Veränderungen in der Darmmikrobiota zu einer Dysregulation des Immunsystems führen können, ist die genaue Natur dieser Wechselwirkung noch nicht geklärt. Eine eingehende Untersuchung der Mechanismen der Regulierung von Immunreaktionen durch temperaturvermittelte Wechselwirkungen zwischen Fettgewebe und Mikrobiota könnte dazu beitragen, therapeutische Ansätze für Stoffwechselkrankheiten und Krebs zu erforschen.

Lösungen

Tow-Int Tech System zur Überwachung des Tierstoffwechsels

Das von Tow-Int Tech unabhängig entwickelte System zur Überwachung des Tierstoffwechsels ist eine hochflexible modulare Plattform. Über eine Software können verschiedene Funktionsmodule im Käfig gleichzeitig gesteuert werden, einschließlich des Moduls zur Überwachung des Atmungsentropie-Stoffwechsels, des Moduls zur Kontrolle der Umgebungstemperatur, des Moduls zur Überwachung von Ernährung und Gewicht, des Moduls zur Überwachung von Urin und Kot, des Moduls zur Überwachung von autonomer Aktivität und Training, des Moduls zur Überwachung von Lernen und Gedächtnis und des Moduls zur Überwachung der physiologischen Telemetrie.

Funktionen

Es kann zur Überwachung des Sauerstoffverbrauchs, der CO2-Produktion, der Atmung, der Stoffwechselrate usw. von Tieren verwendet werden und enthält auch ein Modul zur Kontrolle der Umgebungstemperatur. Das Mikrocomputerprogramm steuert die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und die Beleuchtungsstärke. Es kann die Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsschwankungen während des Tages und der Nacht simulieren und eine ausreichende und stabile Lichtquelle für die Wachstumsumgebung auswählen. Es kann die Umweltanforderungen verschiedener Experimente erfüllen, wie z. B. die Bereitstellung der erforderlichen Umweltbedingungen für die Erkennung von Immunreaktionen der Tiere bei verschiedenen Temperaturen und die Bereitstellung verschiedener Umweltbedingungen für das Darmmikrobiom, um die Rolle des Mikrobioms bei der Regulierung des Immunstoffwechsels bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen zu untersuchen. In Anbetracht der funktionellen Homologe zwischen Mäusen und der menschlichen Mikrobiota werden in der Regel Mausmodelle erstellt, um relevante menschliche Fragestellungen in Analogie zu untersuchen. Das Tier-Stoffwechsel-Monitoring-System überwacht und erfasst die stoffwechselbedingten Bewegungsindikatoren von Kleintieren in Echtzeit für verschiedene mausspezifische Modelle und bietet gleichzeitig eine geeignete Versuchsumgebung.

Zu den optionalen Parametern gehören Energieverbrauch, Futter- und Wasseraufnahme, Fress- und Trinkverhalten, räumliche Position, Gesamtaktivität und Anzahl der Umdrehungen der Aktivitätsräder, Gewicht, Herzfrequenz, Körpertemperatur, automatische Verhaltensanalyse usw. Alle Daten können synchronisiert und auf dem Computer gespeichert werden.

Produktmerkmale

Brand-neues Außendesign, praktisch für die tägliche experimentelle Verwaltung und Beobachtung.

Experimental - Tiere können lange Zeit aufgezogen und beobachtet werden, ohne dass sie mit einer neuen Umgebung vertraut sind.

Multi-Kanalmessung (die Anzahl der Kanäle kann je nach Bedarf gewählt werden), und jede Versuchskammer ist mit unabhängigen Reglern ausgestattet.

The Eine hohe Gasdurchflussrate kann verhindern, dass sich schädliche Gase wie Kohlendioxid und Ammoniak im Käfig ansammeln, die die Physiologie und Kognition der Tiere beeinträchtigen können.

Built - eine Vorrichtung zur Gastrocknung, die verhindert, dass Wasserdampf die Datengenauigkeit beeinträchtigt und die Komponenten der Gasanalyse beschädigt.

die Real-Zeitüberwachung zeichnet Rohdaten lückenlos auf und bewahrt so alle Möglichkeiten für spätere Forschungen.

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Referenz

Auswirkungen der Temperatur auf die Regulierung des Immunstoffwechsels und das Fortschreiten von Krebs