A model of colitis from the perspective of biophysics as a contribution to the understanding of inflammatory bowel disease

Abstract

[EN] The ulcerative colitis is a condition characterized by chronic inflammation of the gastrointestinal tract, which is comprised inside the group of inflammatory bowel diseases (IBD). It leads principally to diarrhoea, weight loss and stool bleeding. Its causes are still unknown, although it is believed that different genetic, immunological, and environmental factors play an important role in its development. The treatments for this pathology, nowadays are not completely successful in all cases. Then, the objective of our project was to detect the chronic ulcerative colitis disease before the appearance of its characteristic symptoms, and to contribute to its understanding from a biophysical point of view. The outcome of the chronic ulcerative colitis disease was studied in detail by employing one year old C57BL/6 mice. During six weeks, the experimental group was administered with a weekly alternation of a solution of 2% dextran sodium sulphate (DSS), a chemical widely used to induce mouse model of colitis, as it produces symptoms very similar to human ulcerative colitis, and tap water, while the control group was provided only with tap water. All mice were weighed, and their stools were collected and scored three times per week. In addition, mice underwent bioluminescence analysis to visualize the progression of inflammation over time, using the IVIS (In Vivo Imaging System) machine, as well as a colonoscopy. And the blood presence in their stools was detected also by using the IVIS. Finally, with the collected data obtained from a biophysical study, it was monitored the progression of the ulcerative colitis disease and concluded that it can be detected by the in vivo bioluminescent study of the mice and its stools at the same time than the onset of the symptoms, being the tissue inflammation detected from the first week of experimentation, being especially appreciable on day 7, and recording the highest radiance values at the beginning of the water weeks, in general.

[ES] La colitis ulcerosa es una condición caracterizada por la inflamación crónica del tracto gastrointestinal, la cual se engloba dentro del grupo de las enfermedades inflamatorias intestinales (EII). Provoca principalmente diarrea, pérdida de peso y sangrado en las heces. Sus causas aún se desconocen, aunque se cree que diferentes factores genéticos, inmunológicos y ambientales desempeñan un papel importante en su desarrollo. Los tratamientos para esta patología hoy en día no son del todo exitosos en todos los casos. Por lo tanto, el objetivo de nuestro proyecto fue detectar esta enfermedad antes de la aparición de sus síntomas característicos, y contribuir a su comprensión desde un punto de vista biofísico. El desarrollo de la colitis ulcerosa crónica se estudió en detalle empleando ratones C57BL/6 de un año. Durante seis semanas, al grupo experimental se le administró, con alternancia semanal, una solución de sulfato de dextrano sódico (DSS) al 2%, un químico ampliamente utilizado para inducir el modelo de colitis en ratones ya que produce unos síntomas muy similares a la colitis ulcerosa humana, y agua del grifo, mientras que al grupo de control solo se le proporcionó agua del grifo. Se pesaron todos los ratones, y se puntuaron y recogieron sus heces tres veces por semana. Además, los ratones se sometieron semanalmente a análisis de bioluminiscencia para visualizar la progresión de la inflamación a lo largo del tiempo, utilizando la máquina IVIS (In Vivo Imaging System), así como una colonoscopia. La presencia de sangre en sus heces también se detectó utilizando IVIS. Finalmente, con los datos recopilados, obtenidos mediante un estudio biofísico, se monitoreó la progresión de la enfermedad de colitis ulcerosa y se concluyó que se puede detectar mediante el estudio bioluminiscente de los ratones y sus heces al mismo tiempo que la aparición de los síntomas, siendo la inflamación tisular detectable desde la primera semana de experimentación, la cual resultó especialmente apreciable el día 7, y registrándose, en general, los valores más altos de bioluminiscencia al inicio de las semanas de administración de agua.