Il sistema di monitoraggio del metabolismo animale di Tow-Int Tech può studiare gli effetti dei cambiamenti metabolici sistemici

Causata dalla temperatura ambiente sulla risposta immunitaria del tumore

Sfondo

La temperatura ambientale è legata alla nostra vita e ha un impatto importante sulla salute umana. Studi recenti hanno collegato le variazioni della temperatura ambientale al metabolismo, ai microbi intestinali e alle risposte immunitarie antitumorali. I cambiamenti metabolici sistemici indotti dalla temperatura ambientale generano risposte immunitarie antitumorali. Durante i cambiamenti di temperatura si verificano interazioni tra il microbioma intestinale e l'immunometabolismo. L'osservazione degli effetti della temperatura ambientale sul metabolismo corporeo potrebbe aiutare a scoprire malattie metaboliche e nuovi trattamenti per il cancro.

Il sistema di monitoraggio del metabolismo animale è in grado non solo di rilevare la temperatura ambiente, ma anche di monitorare e registrare in tempo reale gli indicatori del movimento metabolico dei piccoli animali, di misurare e analizzare qualitativamente e quantitativamente le attività comportamentali degli animali e la loro relazione con il metabolismo respiratorio, e di essere ampiamente utilizzato nei settori della nutrizione, dell'obesità, del diabete e della ricerca sulle malattie cardiovascolari e su altre malattie legate al metabolismo.

In che modo i cambiamenti metabolici sistemici causati dalla temperatura ambiente influiscono sulla risposta immunitaria antitumorale?

1. Temperatura ambientale e metabolismo dei grassi

Le differenze di temperatura ambientale possono influenzare le esigenze fisiche, l'attività metabolica e il microbiota intestinale di un organismo. Il tessuto adiposo è composto da un gran numero di ammassi di cellule di grasso, separati in lobuli da sottili strati di tessuto connettivo lasso. L'assorbimento di glucosio e lipidi è una fonte energetica essenziale per le cellule tumorali e il tessuto adiposo svolge un ruolo importante nella regolazione dell'equilibrio energetico durante i cambiamenti di temperatura ambientale

I requisiti biofisici degli organismi alle diverse temperature ambientali, comprese le attività metaboliche nei diversi tessuti e il microbiota intestinale, sono diversi.

I tremori muscolari si attivano in un ambiente freddo, promuovendo la produzione di calore nel tessuto adiposo bruno. Anche l'imbrunimento del tessuto adiposo bianco durante l'esposizione prolungata al freddo è coinvolto nella termogenesi attraverso vari meccanismi, tra cui la stimolazione di FGF21 epatico e degli acidi biliari (BA). L'aumento del metabolismo epatico dell'acilcarnitina contribuisce all'ossidazione dei lipidi nel fegato e in altri tessuti.

In ambienti caldi, l'esposizione al calore provoca cambiamenti opposti nel microbiota, favorendo in modo significativo il rimodellamento osseo attraverso una maggiore produzione di poliammine. Dopo l'adattamento al calore epatico, il consumo di ossigeno a riposo diminuisce. Con l'aumento delle temperature, le cellule adipose bianche possono subire una riprogrammazione epigenetica.

2. Risposta immunitaria a diverse temperature

Le cellule immunitarie monitorano e rispondono ai segnali metabolici ambientali e a vari fattori endogeni che ne modificano la funzione. Studi sull'uomo e sugli animali hanno dimostrato che la variazione della temperatura ambientale può alterare le risposte immunitarie cellulari e umorali. La figura mostra gli effetti metabolici e immunitari della temperatura ambientale nei topi e negli esseri umani

Sappiamo che le cellule immunitarie si rafforzano in un ambiente termoneutrale e che le temperature ambientali fredde hanno effetti sia inibitori che di sostegno sul sistema immunitario, il che, in una certa misura, dipende dalla durata dell'esposizione al freddo. Diversi studi hanno anche dimostrato che, sebbene la stimolazione a breve termine del freddo riduca le risposte linfoproliferative umane e la produzione di citochine Th1, essa innesca anche risposte infiammatorie e geni firma immunosoppressivi. Sulla base dei dati relativi ai topi, l'adattamento a lungo termine all'esposizione al freddo determina una risposta antinfiammatoria, suggerendo che i cambiamenti nelle risposte immunitarie durante l'acclimatazione al freddo possono avere un'importanza generale.

3. Effetto della temperatura ambiente sul microbiota intestinale

Il microbioma umano è distribuito in varie parti del corpo, tra cui il tratto respiratorio, la pelle e l'intestino. Tra questi vi sono molti tipi di enterovirus e funghi. Oltre al ruolo del microbiota intestinale nella digestione degli alimenti e nella regolazione fisiologica dell'ospite, sempre più evidenze suggeriscono il suo ruolo immunitario protettivo nel potenziare l'immunoterapia antitumorale nei pazienti oncologici.

I mattoni della vita sono intrinsecamente sensibili alla temperatura. Quando le temperature sono troppo elevate, le proteine si denaturano, gli acidi nucleici perdono l'appaiamento delle basi e la membrana plasmatica diventa troppo fluida. Quando le temperature sono troppo basse, tutto rallenta: gli enzimi lavorano in modo meno efficiente, gli acidi nucleici formano strutture secondarie scomode e la membrana plasmatica si irrigidisce. Di conseguenza, i microrganismi e gli altri organismi regolano i loro processi cellulari per crescere entro intervalli di temperatura specifici e reagiscono quando il loro intervallo di temperatura ottimale viene superato.

Vale la pena notare che, sebbene gli studi abbiano dimostrato che il microbiota in condizioni di acclimatazione termica svolge un ruolo importante nella regolazione immunitaria dell'ospite, studi recenti hanno evidenziato che, a livello di specie, l'uomo e il topo hanno composizioni diverse del microbiota intestinale. Nell'uomo, il phylum Bacteroidetes è composto principalmente dai phyla Firmicutes delle famiglie Bacteroidetesceae e Ruminococcaceae. Nei topi, invece, i Bacteroidetes sono composti principalmente dalla famiglia S24-7, mentre i Firmicutes sono composti dalle Clostridiales. Sulla base di queste relazioni, si possono immaginare diversi approcci per superare le sfide dell'utilizzo del microbiota dei topi come surrogato dell'uomo. Tra gli esempi vi sono la creazione di modelli murini trapiantando il microbiota intestinale umano in topi privi di germi e la scoperta di omologhi funzionali tra le specie murine e il microbiota umano. Sebbene gli studi su modelli animali abbiano dimostrato che il microbiota svolge un ruolo chiave nella regolazione dell'immunometabolismo in presenza di diverse temperature ambientali, l'importanza del microbiota intestinale umano in questo senso attende ulteriori indagini.

4. Temperatura ambientale con cancro e immunoterapia

La temperatura ambientale può promuovere la tumorigenesi attraverso vari processi fisiologici, come le alterazioni metaboliche ed endocrine, i cambiamenti nelle risposte immunitarie e il microbiota intestinale. Le cellule tumorali e maligne subiscono cambiamenti metabolici, principalmente attraverso un metabolismo glicolitico accelerato, per ottenere l'energia necessaria a promuovere la loro proliferazione, sopravvivenza e migrazione. Tuttavia, la carenza di glucosio nel microambiente tumorale e nell'ambiente ospite può anche portare a una riprogrammazione metabolica delle cellule tumorali, come l'attivazione del metabolismo lipidico, alterando così la progressione tumorale e la resistenza ai farmaci.

Lo stress da freddo cronico (lieve) a una temperatura ambiente standard di circa 22°C accelera la crescita del tumore; pertanto, l'efficacia della risposta immunitaria antitumorale varia in modo significativo a seconda della temperatura. In un modello murino, è stato osservato un aumento significativo delle cellule T CD8+ effettrici antitumorali nel microambiente tumorale e nei linfonodi drenanti, mentre sia le cellule T regolatorie che quelle immunosoppressive sono state ridotte a 30°C, suggerendo che solo l'allevamento dei topi a 22°C determina una significativa soppressione della risposta immunitaria antitumorale. Abbiamo anche osservato che questo effetto si perdeva se i tumori crescevano in topi immunodeficienti, suggerendo un ruolo per la risposta immunitaria adattativa.

Il miglioramento del monitoraggio immunitario è fondamentale per l'immunoterapia del cancro perché può aumentare la clearance delle cellule tumorali immuno-mediate. Il microbiota intestinale produce una varietà di piccole molecole e metaboliti che svolgono un ruolo integrale nella risposta immunitaria e nella salute metabolica dell'organismo. Sempre più evidenze supportano il ruolo del microbiota intestinale nella crescita tumorale, che influenza l'immunità antitumorale e l'efficacia degli effetti immunitari antitumorali di vari inibitori del checkpoint immunitario. Pertanto, è importante capire in che misura i cambiamenti del microbiota intestinale dovuti a variazioni della temperatura ambientale siano coinvolti nell'immunometabolismo del cancro.

Conclusioni

I cambiamenti di temperatura ambientale influenzano le risposte immunitarie antitumorali. L'interazione tra il microbioma intestinale e il metabolismo immunitario cambia anche durante le variazioni di temperatura. Anche se recentemente è diventato chiaro che le alterazioni del microbiota intestinale possono portare a una disregolazione del sistema immunitario, l'esatta natura di questa interazione rimane da determinare. Lo studio approfondito dei meccanismi di regolazione delle risposte immunitarie attraverso le interazioni mediate dalla temperatura tra il tessuto adiposo e il microbiota può contribuire a chiarire gli approcci terapeutici per le malattie metaboliche e il cancro.

Soluzioni

Sistema di monitoraggio del metabolismo animale Tow-Int Tech

Il sistema di monitoraggio del metabolismo animale sviluppato autonomamente da Tow-Int Tech è una piattaforma modulare altamente flessibile. Attraverso un unico software, è possibile controllare simultaneamente diversi moduli funzionali nella gabbia, tra cui il modulo di monitoraggio del metabolismo dell'entropia respiratoria, il modulo di controllo della temperatura ambientale, il modulo di monitoraggio della dieta e del peso, il modulo di monitoraggio delle urine/feci, il modulo di attività e allenamento autonomo, il modulo di monitoraggio dell'apprendimento e della memoria e il modulo di monitoraggio della telemetria fisiologica.

Funzioni

Può essere utilizzato per monitorare il consumo di ossigeno, la produzione di CO2, la respirazione, il tasso metabolico, ecc. degli animali e contiene anche un modulo di controllo della temperatura ambientale. Il programma del microcomputer controlla la temperatura, l'umidità e l'illuminazione, simulando le variazioni di temperatura e umidità durante il giorno e la notte e selezionando una fonte di luce sufficiente e stabile per l'ambiente di crescita. Può soddisfare i requisiti ambientali di diversi esperimenti, come ad esempio fornire le condizioni ambientali necessarie per rilevare le risposte immunitarie degli animali a diverse temperature e fornire diverse condizioni ambientali per il microbioma intestinale per aiutare a studiare il ruolo del microbioma nella regolazione del metabolismo immunitario a diverse temperature ambientali. Considerando gli omologhi funzionali tra le specie di topo e il microbiota umano, i modelli di topo sono generalmente stabiliti per studiare per analogia le questioni umane rilevanti. Il sistema di monitoraggio del metabolismo animale monitora e registra in tempo reale gli indicatori metabolici legati al movimento dei piccoli animali per diversi modelli specifici di topo e fornisce allo stesso tempo un ambiente sperimentale adeguato.

I parametri opzionali includono il consumo di energia, l'assunzione di cibo e acqua, le modalità di alimentazione e abbeveraggio, la posizione spaziale, l'attività totale e il numero di rotazioni delle ruote di attività, il peso, la frequenza cardiaca, la temperatura corporea, l'analisi comportamentale automatizzata, ecc. Tutti i dati possono essere sincronizzati e archiviati sul computer.

Caratteristiche del prodotto

Brand-nuovo design esterno, comodo per la gestione e l'osservazione sperimentale quotidiana.

Experimental animali possono essere allevati e monitorati per lungo tempo senza dover familiarizzare con nuovi ambienti.

Multi-viene adottata la misurazione a canali (il numero di canali può essere selezionato in base alle esigenze) e ogni camera sperimentale è dotata di controllori indipendenti.

The elevata portata di gas può evitare che all'interno della gabbia si accumulino gas nocivi come anidride carbonica e ammoniaca, che possono influire negativamente sulla fisiologia e sulla cognizione degli animali.

Built-dispositivo di asciugatura del gas per evitare che il vapore acqueo comprometta l'accuratezza dei dati e danneggi i componenti dell'analisi dei gas.

Real monitoraggio in tempo reale registra i dati grezzi senza omissioni, conservando tutte le possibilità per le ricerche successive.

Ulteriori informazioni sul sistema di monitoraggio del metabolismo animale

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Riferimento

Effetti della temperatura sulla regolazione dell'immunometabolismo e sulla progressione del cancro