هذه تفاصيل ورقة كيفية استخدام الدفق المستمر غرف نقص الأكسجين لتوليد أجواء بتركيزات محددة من O 2 لفهم الاستجابات البيولوجية إلى انخفاض O 2. هذا النظام هو سهل لإعداد وصيانة، ومرنة بما فيه الكفاية لتلائم مجموعة واسعة من O 2 تجمعات ونظم نموذج
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
هذه تفاصيل ورقة كيفية استخدام الدفق المستمر غرف نقص الأكسجين لتوليد أجواء بتركيزات محددة من O 2 لفهم الاستجابات البيولوجية إلى انخفاض O 2. هذا النظام هو سهل لإعداد وصيانة، ومرنة بما فيه الكفاية لتلائم مجموعة واسعة من O 2 تجمعات ونظم نموذج
يعد الأكسجين ضرورياً لبقاء جميع متعددات الخلايا على قيد الحياة، باستثناء حالة واحدة معروفة1. ويمكن أن ينشأ نقص توفر O2 (نقص التأكسج) خلال حالات المرض، أو التطور الطبيعي، أو التغيرات في الظروف البيئية2-5. إن فهم مسارات الإشارات الخلوية المشاركة في الاستجابة لنقص التأكسج قد يوفر رؤى جديدة حول استراتيجيات علاج مختلف الأمراض البشرية، من السكتة الدماغية إلى السرطان. وقد تعرقل تحقيق هذا الهدف، جزئياً على الأقل، بسبب الصعوبات التقنية المرتبطة بالتعريض المحكوم لنقص التأكسج في الكائنات النموذجية القابلة للتعديل وراثياً.
الديدان الخيطية Caenorhabditis elegans تعد هذه الكائن نموذجياً مثالياً لدراسة الاستجابة لنقص الأكسجة، نظراً لسهولة استزراعه وإجراء التعديلات الوراثية عليه. علاوة على ذلك، من الممكن دراسة الاستجابات الخلوية لنقص الأكسجة النوعي لـ O2 تركيزات دون تأثيرات مربكة بما أن C. elegans الحصول على O2 (وغازات أخرى) عن طريق الانتشار، على عكس الجهاز التنفسي الميسر6تعتبر العوامل المعروفة بمشاركتها في الاستجابة لنقص الأكسجة محفوظة في C. elegansتعتمد الاستجابة الفعلية لنقص الأكسجة على التركيز المحدد لـ O2.2 المتوفر. في C. elegans، يؤدي التعرض لنقص الأكسجة المعتدل إلى استجابة نسخية تتوسطها بشكل كبير hif-1عامل النسخ المحفز بنقص الأكسجة شديد الحفظ6-9. *C. elegans* تتطلب الأجنة hif-1 للبقاء على قيد الحياة في تركيز يتراوح بين 5,000 و20,000 جزء في المليون من O27,10نقص الأكسجة هو مصطلح عام يشير إلى "كمية من الأكسجين أقل من المستوى الطبيعي"2. الحالة الطبيعية للأكسجين (O2 الطبيعي)2ويمكن أيضاً أن يكون من الصعب تحديد ذلك. نحن نعتبر عموماً هواء الغرفة، الذي يحتوي على 210,000 جزء في المليون من O22 أن تكون في حالة نقص أكسجين طبيعي (normoxia). ومع ذلك، فقد ثبت أن C. elegans لديه تفضيل سلوكي لـ O2 تراكيز تتراوح من 5-12% (50,000-120,000 جزء في المليون من O2)2)11في اليرقات والبالغين، hif-1 يعمل على منع السكون الناجم عن نقص الأكسجة في تركيز 5,000 جزء في المليون من O2212ومع ذلك، hif-1 لا يلعب دوراً في الاستجابة لتركيزات أقل من O22 (نقص الأكسجة، تعريف إجرائي) <10 أجزاء في المليون من O2)13في حالة انعدام الأكسجين، C. elegans يدخل في حالة عكسية من السبات الظاهري يتوقف فيها كل نشاط يمكن رصده مجهرياً10إن حقيقة حدوث استجابات فسيولوجية مختلفة في ظروف مختلفة تسلط الضوء على أهمية إحكام التحكم التجريبي في تركيز نقص الأكسجين O2.2.
نقدم هنا طريقة لإنشاء وتشغيل غرف بيئية تُنتج ظروف نقص أكسجين موثوقة وقابلة للتكرار بتركيزات محددة من O2. وتضمن طريقة التدفق المستمر توازناً سريعاً داخل الغرفة وتزيد من استقرار النظام. بالإضافة إلى ذلك، تتيح شفافية الغرف وإمكانية الوصول إليها المعاينة المباشرة للحيوانات المعرضة لنقص الأكسجين. كما نوضح طريقة فعالة لحصاد عينات C. elegans بسرعة بعد التعرض لنقص الأكسجين، وهو أمر ضروري لملاحظة العديد من التغيرات سريعة الانعكاس التي تحدث عند نقص الأكسجين10,14. وتوفر هذه الطريقة أساساً بسيطاً يمكن تعديله بسهولة وفقاً لاحتياجات كل مختبر، بما في ذلك استخدام أنظمة نماذج مختلفة ومجموعة متنوعة من الغازات.
1. بناء غرف البيئية
2. ربط الغاز إلى دائرة البيئة
3. تحديد معدل التدفق
الحمار = "jove_title"> 4. تحضير العينات للفحص الجدوى
5. حصاد السريع من نقص الأكسجة المعرضة للديدان (مثال: تحضير العينات لمؤسسة الحرمين-1 تحليل الغربية)
يتم عكس بسرعة العديد من نقص الأكسجة الناجم عن آثار عند عودته إلى هواء الغرفة، بما في ذلك استئناف إنتاج البيض 12، الفسفرة من الحواتم الإنقساميةفي مرحلة التطور الجنيني 13 و تدهور البروتين مؤسسة الحرمين-1 9،20. مطلوب العزلة السريع للحيوانات التي تعرضت لنقص الأكسجين للحصول على آثار للتكرار في ظل هذه الظروف. مع هذا الإعداد، يمكن حصادها الحيوانات وتجميدها في النيتروجين السائل في أقل من دقيقتين. بينما غرف قفاز نقص الأكسجة مربع تسمح للتلاعب من العينات في ظروف نقص الأكسجين، والتكلفة، والتطبيق العملي لظروف أخرى من نقص الأكسجين تحد من فائدتها.
6. ممثل النتائج
ويمكن ملاحظة آثار العضوي من نقص الأكسجةمن خلال دراسة الجدوى إلى سن البلوغ من C. ايليجانس (الشكل 2). الأجنة التي وضعتها البرية من نوع بريستول (N2)، ومؤسسة الحرمين-1 (ia04) المسوخ الحذف والبقاء على قيد الحياة كافة في الهواء تركيزات منزل 2 O (210000 جزء من المليون O 2). N 2 الديدان قادرة على التكيف والبقاء على قيد الحياة إلى سن البلوغ في 5000 جزء في المليون O 2، في حين أن مؤسسة الحرمين-1 الأجنة ليست قابلة للحياة. وهذا يدل على أن مؤسسة الحرمين-1 أمر ضروري للتكيف مع تغير مستويات الأكسجين المتاحة في البيئة 10. لا يمكن ولا N2 الحيوانات مؤسسة الحرمين-1 البقاء على قيد الحياة التعرض ل1000 جزء في المليون O 2.
تصور دودة مباشرة في نقص الأكسجين هو ممكن مع استخدام نطاق تشريح والحاويات واضح (الشكل 3). عن طريق وضع مباشرة في غرفة نقص الأكسجة على نطاق تشريح، ليست هناك حاجة لإزالة الديدان من نقص الأكسجة لمراقبة ردود الفعل العضوي. يمكن تركيبها في نطاق مع illumation مضان (كما في الشكل (3) )، وتمتد كذلك إلى أنواع من الملاحظات في نقص الأكسجة التي هي ممكنة.

الشكل 1. يشار إلى مثال من اتجاه الغرفة. نقص الأكسجة من تدفق الغاز من خلال الأسهم. يتم تخزين الغاز في خزانات الغاز المضغوط مع تحديد التركيزات 2 O (1) ويرفق هيئة للرقابة على المرحلة الثانية (2). الغاز يدخل في الجزء السفلي من أنبوب تدفق (3)، التي تخرج من أعلى في معدل تدفق الصحيح. يتدفق الغاز بعد ذلك في قارورة فقاعة (4)، مرطبة للغاز (ضمان الاتصال الصحيح من قارورة فقاعة من خلال مراقبة فقاعات). غاز رطب ثم يمر إلى غرفة نقص الأكسجة في صمام تدفق (5)، وتعريض عينات لنقص الأكسجة. الغاز المخارج أخيرا إلى الغرفة من خلال فتحة العادم حفر في الغرفة.

الشكل 2. الجدوى من الأجنة تتعرض لO جزء في المليون 1000 2، 5000 جزء في المليون O 2 وnormoxia (~ 210000 جزء من المليون O 2). الأجنة لظروف كل الأكسجين كما الأجنة لمدة 24 ساعة متواصلة في غرفة الأوكسجين تدفق. تم نقل الديدان لظروف normoxic، سمح لتطوير إلى سن البلوغ لمدة 48 ساعة، وسجل بعد ذلك للبقاء إلى سن البلوغ. ن> 50، N = 5.

الشكل 3. تصور C. ويتعرض ايليجانس في نقص الأكسجة مع المجهر. الديدان لنقص الأكسجين باستخدام الأساليب المذكورة. وضعت غرفة شفافة البيئية (التي شيدت مع طبق بيركس وتبلور لوحة زجاجية) مباشرة على المسرح من نطاق تشريح. وتظهر وجهتا نظر، واحدة بما في ذلك تدفق الغاز كله اقامة، والآخر مع الغرفة فقط على المسرح المجهر.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
هذا الأسلوب يعرض استراتيجية لبناء بيئة نقص الأوكسجين الذي يسمح للبيئات مع تركيز دقيق من الأوكسجين إلى الحفاظ عليها في المختبر. هذه الغرف توفر طريقة بسيطة لكشف الكائنات الحية إلى تركيزات منخفضة محددة من O 2 ورصد مخرجات الجزيئية والفيزيولوجية. يتم تجميعها في غرفة البيئية التي وصفها المختبر بدلا من شراء تجاريا وبالتالي يمكن تعديلها لتناسب احتياجات التجربة.
واحد ميزة واضحة من هذا الأسلوب هو تصميم التدفق ال...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
ونحن نشكر أعضاء مختبر ميلر للمناقشة وقراءة نقدية للمخطوطة. وأيد هذا العمل من قبل على جائزة محقق جديد من مركز الصدمة ناثان من التميز في علم الأحياء الأساسي للشيخوخة إلى DLM والمعاهد الوطنية للصحة جائزة R00 AG030550 إلى DLM.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| اسم كاشف | شركة | فهرس العدد | |
| أنابيب (FEP وPTFE) | كول Parmer Tygon | YO-95821-00 (1/8 "FEP) 06605-27 (1/16 × 1/8 "PTFE) 'R-3603 | |
| ضغط التجهيزات | سياتل أنظمة السوائل | 06363-58 (M. مقرنة 1/16 ") 06363-62 (F. مقرنة 1/16 ") 06363-60 (M. مقرنة 1/8 ") 06363-61 (F. مقرنة 1/8 ") | |
| تدفق أنبوب | ألبورج | PMR3-010073 (3 المخرجات) PMR1-013520 (1 المخرجات) | |
| كتلة تدفق تحكم | سييرا الآلات | 810S-L-DR-2-OV1-SK1-V1-S1 (كتلة تراك) C100L-DD-2-OV1-SV1-PV2-V1-SO-C10 (تراك الذكية 2) | |
| مضغوط الصهريج لنقل الغاز | AirGas | التي أدخلت على النظام | |
| البلاستيك Luer ذكر تعليق لاذع إلى التجهيزات خرطوم | كول Parmer | 45505-41 (500 سلسلة 1/16 ") | |
| يلقي صناديق الاكريليك | Ellard الأجهزة | التي أدخلت على النظام | |
| الأنابيب والتجهيزات (النحاس الأصفر أو الفولاذ المقاوم للصدأ) | سياتل أنظمة السوائل | B-402-1 (1/4 "الجوز) B-200-3 (1/8 نقطة الإنطلاق الاتحاد ") B-400-مجموعة (1/4 "الحلقات) B-QM2-B1-200 (مراقبة الجودة QM الجسم) B-200-1-2 (1/8 × 1/8 "كون الذكور) | |
| داو كورنينج الشحوم فراغ | سيغما الدريخ | Z273554 | |
| AnaeroPack مربع | Misubishi شركة الغاز والمواد الكيميائية | R684004 (0.4 لتر) R685025 (2.5 لتر) R685070 (7.0 لتر) | |
| بيركس قنينة غاز غسيل | سيغما الدريخ | CLS31770500C (500 مل) CLS31770250C (250 مل) CLS31770125C (125 مل) | |
| حامض البالمتيك | سيغما الدريخ | P0500 | |
| ماعز مكافحة فأر مفتش-الفجل البيروكسيديز | جنوب التكنولوجيا الحيوية شركاه | 1032-1005 | |
| SuperSignal Chemiluminsecent بيكو الغربية الركيزة | بيرس الكيميائية | 34077 | |
| 100 × بلورة زجاج 50 أطباق | Kimax كيمبل | 23000 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.