用于活体小鼠结肠高分辨率电生理记录的微型内窥镜

这台微小相机为何对肠道健康重要

许多消化系统疾病，从慢性便秘到肠易激综合征，都是由协调肠道收缩和推进内容物的隐蔽电信号所驱动的。迄今为止，研究小动物中这些信号的科学家不得不依赖粗略的通过时间测试或侵入性手术，这些方法只能提供对真实情况的模糊图景。本文介绍了一种笔细的内窥镜，可以滑入活体小鼠的结肠，并以前所未有的细节监听成千上万次微小的电性爆发，为更快速、更精确地发现肠道疾病机制和潜在治疗方法打开了大门。

窥见运作中的肠道的新窗口

结肠内衬由肌肉和其内建的“脑”——肠神经系统组成，两者共同产生推动收缩波的电脉冲。传统工具可以测量物质通过肠道所需的时间或同时仅记录少数几个点，因而漏掉了活动如何在距离上协同的信息。研究者旨在构建一种设备，能够在活体动物的一段肠道上捕捉这些电活动模式，而无需切开腹部或将电极缝在外表面上。

微型内窥镜的工作原理

研究团队设计了一根半刚性管，直径约2毫米，长度约3厘米——大小类似小鼠粪便颗粒——包裹着一层薄柔性膜，膜上携带128个微小金属传感器。这些传感器经涂层处理以降低电阻，设备在麻醉下通过直肠轻插入后，传感器与湿润的结肠内膜直接接触。盐溶液中的台架测试和小鼠体内的测量显示，传感器能与组织保持良好接触，并且由于其小尺寸和合理间距，每个传感器能检测到局部信号而非被抹平的平均值。整体阵列提供了沿结肠壁及周围的高分辨率电活动图谱。

监听运作中的结肠

在健康小鼠中使用该内窥镜，科学家记录到了由平滑肌细胞产生的锐利电尖峰。这些尖峰组成为重复出现的模式：大约每分钟两次的短爆发沿结肠传播，以及每次爆发内约每秒一次的更快“微爆”。该设备能区分朝肛门方向移动的波与朝回方向的波，并揭示了通过时间分析信号强度而难以肉眼察觉的附加节律。

实时探测药物与疾病的影响

由于该方法创伤小且易于设置，研究者可在改变结肠化学状态时观察其电行为如何变化。增强神经递质乙酰胆碱作用的药物迅速增加了尖峰活动，而抑制同一递质的阻断剂则降低了活动，尤其是在通常表现出强烈节律爆发的区域。在通过化学方法损伤内在神经网络的小鼠结肠中，常见的规则模式消失，取而代之的是不规则、具有个体特异性的电学特征——类似心律失常的电学对应物。在一组将切除的结肠置于温浴中维持活性的独立实验里，内窥镜的记录与标准吸引电极的记录相匹配，并与视频捕捉到的可见收缩紧密对应。阻断神经信号或阻止肌肉细胞的钙流入会改变或消除那些尖峰，证实该设备确实在测量肠道自身的控制系统。

这对未来肠道研究的意义

这种微型内窥镜将小鼠结肠变为一个可直接观察电波如何随基因、损伤或候选药物变化的可访问试验平台，而无需重大手术。通过在有意义的肠段长度上以高分辨率绘制活动图谱，它弥合了简单通行测试与复杂成像之间的鸿沟，并有助于解释为何有些肠道推进过慢、过快或方向错误。最终，像这样的工具可能加速从关于肠道“第二大脑”的基础发现到针对人类消化疾病的定向疗法的转化。

引用: Sobolewski, A., Planchette, A., Wójcicki, K. et al. Miniature endoscope for high resolution electrophysiological recordings from the colon of live mice. Nat Commun 17, 2363 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69144-2

关键词: 结肠蠕动, 肠神经系统, 电生理学, 小鼠模型, 肠道内窥镜