RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Sharukh S. Khajotia1, Kristin H. Smart1, Mpala Pilula1,3, David M. Thompson2
1Department of Dental Materials, College of Dentistry,University of Oklahoma Health Sciences Center, 2Department of Biostatistics and Epidemiology, College of Public Health,University of Oklahoma Health Sciences Center, 3Department of Biological Sciences, School of Mathematics and Natural Sciences,The Copperbelt University
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
يتم تقديم بروتوكول للقياس الكمي المتزامن والمقارنة بين ثلاثة مكونات خلوية وخارج الخلية داخل الأغشية الحيوية. تتضمن المنهجية استخدام الفحص المجهري للمسح الضوئي بالليزر متحد البؤر ، وبرامج التحليل الهيكلي للأغشية الحيوية والتصور ، وبرامج التحليل الإحصائي.
الفحص المجهري بالليزر متحد البؤر (CLSM) هو أداة قوية للتحقيق في الأغشية الحيوية. نجح عدد قليل جدا من التحقيقات في تحديد التوزيع المتزامن لأكثر من مكونين داخل الأغشية الحيوية للأسباب التالية: 1) اختيار الأصباغ الفلورية ذات الحد الأدنى من التداخل الطيفي أمر معقد ، و 2) يشكل القياس الكمي للفلوروكرومات المتعددة مشكلة متعددة العوامل. اهداف: الإبلاغ عن منهجية لتحديد ومقارنة التوزيعات ثلاثية الأبعاد المتزامنة لثلاثة مكونات خلوية / خارج الخلية للأغشية الحيوية المزروعة على ركائز ذات صلة. أساليب: تتكون الطريقة من خطوات متميزة ومترابطة تتضمن نمو الأغشية الحيوية ، والتلوين ، وتصوير CLSM ، والتحليل الهيكلي للأغشية الحيوية والتصور ، والتحليل الإحصائي للمعلمات الهيكلية. نمت الأغشية الحيوية من العقدية الطافرة (سلالة UA159) لمدة 48 ساعة على عينات معقمة من مركبات راتنج النقطة 4 و TPH3. تم غمر العينات لاحقا لمدة 60 ثانية في غسول الفم Biotène PBF (BIO) أو Listerine Total Care (LTO) ، أو الماء (المجموعة الضابطة ؛ ن = 5 / مجموعة). تم تلطيخ الأغشية الحيوية بالفلوروكرومات للمواد البوليمرية خارج الخلية والبروتينات والأحماض النووية قبل التصوير باستخدام CLSM. كانت المعلمات الهيكلية للأغشية الحيوية المحسوبة باستخدام برنامج تحليل الصور ISA3D هي الحجم الحيوي ومتوسط سمك الأغشية الحيوية. قارنت التحليلات الإحصائية للنماذج المختلطة المعلمات الهيكلية بين غسول الفم والمجموعات الضابطة (برنامج SAS ؛ α = 0.05). سمح برنامج Volocity بتصور التوزيعات ثلاثية الأبعاد لمكونات الأغشية الحيوية المتراكبة (الفلوروكروم). النتائج: أنتج غسول الفم BIO هياكل غشاء حيوي اختلفت اختلافا كبيرا عن التحكم (p<0.05) على كل من مركبات الراتنج ، في حين أن LTO لم ينتج اختلافات (p>0.05) في أي من المنتجين. الاستنتاجات: قامت هذه المنهجية بكفاءة ونجاح بقياس ومقارنة التوزيعات ثلاثية الأبعاد المتزامنة لثلاثة مكونات رئيسية داخل الأغشية الحيوية S. mutans على الركائز ذات الصلة ، وبالتالي التغلب على تحديين للتقييم المتزامن لمكونات الأغشية الحيوية. يمكن أيضا استخدام هذه الطريقة لتحديد فعالية العوامل المضادة للبكتيريا / المضادة للحشف ضد مكونات الأغشية الحيوية المتعددة ، كما هو موضح باستخدام غسول الفم. علاوة على ذلك ، فإن هذه الطريقة لها تطبيق واسع لأنها تسهل مقارنة الهياكل ثلاثية الأبعاد / هندسة الأغشية الحيوية في مجموعة متنوعة من التخصصات.
الأغشية الحيوية عبارة عن مجتمعات ميكروبية منظمة مغلفة في مصفوفة خارج الخلية منتجة ذاتيا ، ومتصلة بأسطح بيولوجية أو خاملة1. تمثل الأغشية الحيوية أسلوب حياة مشتركا للعديد من البكتيريا ، وتتشكل عن طريق الانتقال على مراحل من الخلايا العائمة الحرة (العوالق) إلى مجتمعات معقدة متعددة الأنواع. المقاومة المتأصلة للأغشية الحيوية للعوامل المضادة للميكروبات هي السبب الجذري للعديد من الالتهابات البكتيرية المستمرة والمزمنة1،2 ، كما يتضح من الأغشية الحيوية عن طريق الفم (لوحة الأسنان). تقوم الكائنات الحية الدقيقة المسببة للتسوس مثل الطافرات والعقدية بمعالجة السكروز والكربوهيدرات الأخرى لإنتاج مصفوفة خارج الخلية وتوليد الأحماض التي يمكن أن تزيل المعادن من بنية الأسنان وتسبب تسوس الأسنان. معظم مصفوفات الأغشية الحيوية عبارة عن بوليمرات حيوية تتكون من مكونات خلوية وخارج الخلية مثل عديدات السكاريد الخارجية (EPS) والبروتينات والأحماض النووية3،4.
< p class = "jove_content" > المجهر بالليزر متحد البؤر (CLSM) ، التقني الأكثر استخداما للتصوير الفلوري ، قد أدى إلى تحويل التصوير البصري بشكل جذري في علم الأحياء لأن لديه القدرة على جمع صور ثلاثية الأبعاد للهياكل البيولوجية الرطبة دون تثبيت5،6،7. تتضمن هذه التقنية غير المدمرة جمع صور للأقسام الرقيقة داخل منطقة الاهتمام على العينة بطريقة تتم إزالة مساهمة الضوء خارج نطاق التركيز. تتجاوز جودة ودقة الصور الملتقطة بواسطة CLSM ما يمكن تحقيقه باستخدام الفحص المجهري الفلوري واسع المجال. يتمثل أحد العوائق الرئيسية في CLSM في أن مسح الصور يحدث بمعدل أبطأ من تقنيات الفحص المجهري واسع المجال ، حيث يتم جمع الصور بأكملها في وقت واحد5. ومع ذلك ، مع اتساع مجموعة من الفلوروكرومات والليزر والمرشحات ، أصبحت CLSM واحدة من التقنيات السائدة للتصوير متعدد الأطياف5،7.أظهرت الدراسات السابقة أن CLSM أداة مفيدة لفحص بنية أو بنية الأغشية الحيوية باستخدام علامة أو بقع فلورية واحدة أو اثنتين لتوفير فهم أفضل لتوزيع EPS والخلايا داخل الأغشية الحيوية ، وخاصة داخل المصفوفة خارج الخلية7،8. من الناحية النظرية ، من المستحسن تلطيخ / وضع العلامات الفلورية لمكونات متعددة لاستكشاف الهيكل التفصيلي وتحديد المواقع للمكونات الخلوية وخارج الخلية داخل الأغشية الحيوية. ومع ذلك ، فإن التحليل المتزامن للمكونات المختلفة داخل الأغشية الحيوية يمكن أن يكون صعبا للأسباب التالية: 1) اختيار الأصباغ الفلورية ذات الحد الأدنى من التداخل الطيفي أمر معقد ، و 2) يشكل القياس الكمي للفلوروكرومات المتعددة مشكلة متعددة العوامل. يتطلب التحديد المشترك باستخدام العديد من الفلوروكرومات استخدام بقع محددة للغاية مع الحد الأدنى من التداخل الطيفي لتجنب أي تأثيرات نزيف ، والتي تحدث عندما يكون لاثنين من الفلوروكروم تداخل كبير في ذروتها الطيفية ، مما يتسبب في إثارة أحدهما بقوة أكبر من الآخر9. من الناحية المثالية ، فإن الفلوروكرومات التي تحتوي على أطياف إثارة لا تتداخل ستوفر أفضل النتائج ، ولكن من الصعب جدا العثور على البقع التي تلبي هذا المعيار. بدلا من ذلك ، يتم تحسين اختيار البقع عن طريق اختيار الفلوروكرومات التي تحتوي أطياف انبعاثها على حد أدنى من التداخل ، مما يسمح بعرض البقع واحدة تلو الأخرى ضمن نطاق الطول الموجي المحدودللمراقبة 9.
من المحتمل أن يكون تراكب الصور الفلورية < p class = "jove_content" > هو الطريقة الأكثر استخداما لتقييم التوزيع المتزامن للفلوروكروم. يظهر تحديد موقع المكونات المختلفة على شكل تداخل بين ألوان مختلفة من خلال قنوات متعددة تم إنشاؤها بواسطة الفلوروكرومات التي يتمفحصها 10. تتوفر أدوات عرض الصور الفلورية متعددة القنوات كصور ملونة مدمجة في معظم برامج CLSM وبرامج تحليل الصور البيولوجية. على الرغم من أن تراكب الصور مفيد للتقييم المكاني للتوطين المشترك ، إلا أنه لا يمكن فحص الصور نوعيا إلا عن طريق التحليل البصري. يوفر هذا قدرا محدودا من المعلومات ، حيث أن هذه التمثيلات ليست مفيدة بشكل عام في تحديد تحديد التحديد الكمي في ظل ظروف تجريبية مختلفة ولا تحدد ما إذا كان التحديد المشترك يتجاوز المصادفةالعشوائية 11. استخدمت عدد قليل جدا من التحقيقات حتى الآن طرقا كمية لتحليل البنية ثلاثية الأبعاد للأغشية الحيوية ومكونات الأغشية الحيوية ، وحتى عدد أقل من ذلك قام بتحديد تأثير العلاجات المضادة للبكتيريا أو التدابير المضادة للحشف على مكونات الأغشية الحيوية.كان الهدف من هذه الدراسة هو الإبلاغ عن منهجية للقياس الكمي والمقارنة بين التوزيعات ثلاثية الأبعاد المتزامنة لثلاثة مكونات خلوية وخارج الخلية للأغشية الحيوية. تتكون الطريقة من خطوات متميزة ولكنها مترابطة تشمل نمو الأغشية الحيوية ، والتلوين ، وتصوير CLSM للأغشية الحيوية ، والتحليل الهيكلي للأغشية الحيوية والتصور ، والتحليل الإحصائي للمعلمات الهيكلية. يسمح اختبار نمو الأغشية الحيوية بنمو الأغشية الحيوية على الركائز ذات الصلة ، وينتج هياكل الأغشية الحيوية القابلة للتكرار. يؤدي الجمع بين التلوين المتزامن الجديد ل EPS والبروتينات ومكونات الحمض النووي مع قياس المعلمات الهيكلية للأغشية الحيوية ثلاثية الأبعاد إلى توزيعات قابلة للقياس الكمي للمكونات داخل الأغشية الحيوية. يسهل التحليل الإحصائي للمعلمات الهيكلية للأغشية الحيوية تقييم الأغشية الحيوية في ظل ظروف تجريبية محددة (على سبيل المثال بعد العلاج بغسول الفم) ، كما سيتم وصفه في القسم التالي.
p class = "jove_title" >1. تحضير الوسائط والكواشف
6. التصوير باستخدام الفحص المجهري للمسح الضوئي بالليزر متحد البؤر

7. التحليل الهيكلي للأغشية الحيوية
النتائج التمثيلية للعلاجات (غسول الفم) ومجموعة المراقبة غير المعالجة موضحة في الجدول 2 ، والشكلين 1 و 2. يعرض الجدول 2 قيم المتوسط والانحراف المعياري للمعلمات الهيكلية للأغشية الحيوية الحجم الحيوي (μm3) ومتوسط سمك الأغشية الحيوية (μm) التي تم حسابها باستخدام برنامج ISA3D. المعلمات الهيكلية للأغشية الحيوية المعالجة بغسول الفم والتي اختلفت اختلافا كبيرا عن تلك الموجودة في الأغشية الحيوية في المجموعة الضابطة (p<0.05) لها قيم متوسط وانحراف معياري مميزة باللون الأحمر. أظهرت نتائج التحليلات الإحصائية للنماذج المختلطة أن غسول الفم BIO أنتج هياكل غشاء حيوي تختلف اختلافا كبيرا عن التحكم (p<0.05) على كل من مركبات الراتنج ، في حين أن غسول الفم LTO لم ينتج فروقا كبيرة (p>0.05) على أي من مركب الراتنج. تظهر النتائج بوضوح أن مكونات الأغشية الحيوية الخلوية وخارج الخلية المتبقية بعد علاجي غسول الفم اختلفت. وتجدر الإشارة أيضا إلى أن S. mutans الأغشية الحيوية المزروعة على الركيزتين (PF و TP) اختلفت في الهيكل ثلاثي الأبعاد على الرغم من أنها نمت في ظل ظروف متشابهة وتم صقل كلتا الركيزتين بمواد كاشطة مماثلة.
يمكن تصور التوزيع المتزامن ل EPS والبروتينات والحمض النووي داخل الأغشية الحيوية من خلال عمليات إعادة البناء ثلاثية الأبعاد التي تم إنشاؤها باستخدام برنامج Volocity. يوضح الشكلان 1 و 2 عمليات إعادة بناء تمثيلية للأغشية الحيوية لمجموعة التحكم المزروعة على مركبات راتنج PF و TP ، على التوالي. تمثل البقعة الزرقاء EPS داخل الأغشية الحيوية S. mutans ، وتظهر البقعة الخضراء الأحماض النووية ، وتظهر البقعة الحمراء البروتينات. قد يشغل الماء أو مكونات الأغشية الحيوية الأخرى غير الفلورية.
< p class = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "دائما" >

يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم مصالح مالية متنافسة. الإنتاج والوصول المجاني إلى هذه المقالة برعاية Leica Microsystems.
يتم تقديم بروتوكول للقياس الكمي المتزامن والمقارنة بين ثلاثة مكونات خلوية وخارج الخلية داخل الأغشية الحيوية. تتضمن المنهجية استخدام الفحص المجهري للمسح الضوئي بالليزر متحد البؤر ، وبرامج التحليل الهيكلي للأغشية الحيوية والتصور ، وبرامج التحليل الإحصائي.
تم توفير تمويل هذه الدراسة من قبل منحة المعاهد الوطنية للصحة / NIDCR 1R15DE019566-01A1. د. تم الاعتراف ب Jim Henthorn (مختبر OUHSC Flow and Image Cytometry Parkatory) لتقديم المساعدة الفنية في الفحص المجهري للمسح بالليزر متحد البؤر. تم تقدير الدكتور فرناندو إستيبان فلوريز (قسم مواد طب الأسنان) لتقديم المساعدة الفنية أثناء تصوير هذا الفيديو.
| باكتو أجار | بيكتون وديكنسون وشركاه | 214010 | |
| باكتو تود هيويت مرق | بيكتون وديكنسون وشركاه | 249240 | |
| مستخلص الخميرة ، حبيبات | EMD Millipore | 1.03753.0500 | |
| باكتو تريبتون | بيكتون وديكنسون وشركاه | 211705 | |
| OmniPur السكروز | EMD Millipore | 8510 | |
| كلوريد البوتاسيوم ، كاشف ACS ، 99.0-100.5٪ | سيجما ألدريتش | P3911-500G | |
| فوسفات البوتاسيوم ، أحادي القاعدة ، & ge ؛ 99.0٪ ، كاشف ACS | سيجما ألدريتش | P0662-500G | |
| كلوريد الصوديوم | سيجما-ألدريتش | S9888-500G | |
| فوسفات الصوديوم ، أحادي الأساس ، أحادي الهيدرات | EMD Millipore | SX0710-1 | |
| تريس (هيدروكسي ميثيل) أمينوميثان ، 99.8 + ٪ ، كاشف ACS | سيجما ألدريتش | 252859-500G | |
| كونكانافالين أ ، أليكسا فلور 647 مترافق | إنفيتروجين | C21421 | |
| Syto 9 | Invitrogen | S34854 | |
| Sypro Red | Invitrogen | S12012 أو S6653 | |
| Biot & egrave ؛ ne PBF شطف الفم | GlaxoSmithKline | N / A | |
| Listerine Total Care | McNeil-PPC، Inc. | غير متاح |