طريقة مبتكرة لتصنيع أجهزة الموائع الدقيقة باستخدام تصفيح البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) تقلل بشكل كبير من تكلفة وتعقيد محاصرة وتصوير أجنة متعددة من أسماك الزرد الحية.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
طريقة مبتكرة لتصنيع أجهزة الموائع الدقيقة باستخدام تصفيح البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) تقلل بشكل كبير من تكلفة وتعقيد محاصرة وتصوير أجنة متعددة من أسماك الزرد الحية.
أجنة أسماك الزرد شفافة وبالتالي فهي مناسبة بشكل فريد للتصوير غير الجراحي داخل العمليات الأساسية ، مثل التئام الجروح وهجرة الخلايا المناعية. تستخدم أجهزة الموائع الدقيقة للاحتجاز لدعم التصوير طويل الأمد للكائنات متعددة الخلايا ، بما في ذلك أسماك الزرد. ومع ذلك ، فإن تصنيع هذه الأجهزة باستخدام الطباعة الحجرية الناعمة يتطلب مرافق وكفاءة متخصصة في الطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتي قد لا تكون في متناول كل مختبر. إن تكيفنا مع طريقة تصفيح البولي إيثيلين تيريفثاليت منخفضة التكلفة المطورة مسبقا لبناء أجهزة الموائع الدقيقة يزيد من إمكانية الوصول من خلال تمكين تصنيع التصميم والتكرار لجزء بسيط من الاستثمار التقني للتقنيات التقليدية. نستخدم جهازا مصنوعا بهذه الطريقة ، وهو المساعد الدوراني لتصوير Danio للشفاء اللاحق (RADISH) ، لاستيعاب العلاج بالعقاقير ، والجرح اليدوي ، والتصوير طويل المدى لما يصل إلى أربعة أجنة في نفس مجال الرؤية. مع هذا التصميم الجديد ، نجحنا في التقاط الخصائص المورفولوجية الإجمالية لإشارة الكالسيوم حول الاستئصال بالليزر وجروح القطع اليدوي لأجنة متعددة في ساعتين مباشرة بعد الإصابة ، بالإضافة إلى تجنيد العدلات على حافة الجرح لمدة 24 ساعة.
تعد القدرة على الاستجابة بشكل كاف للإصابة أمرا بالغ الأهمية لبقاء كل كائن حي على كل مقياس ، من خلية واحدة إلى أنسجة متعددة. وبالتالي ، فإن الجرح والاستجابات المرتبطة به ، مثل تجنيد الخلايا البلعمية في المناطق المتضررة1 ، هي موضوعات مهمة في بيولوجيا الخلايا والأنسجة. يتم استشعار الجروح فور اختراق حاجز الأنسجة ، مما يتسبب في استجابة تدرج الأنسجة التي تنطوي على تقلص الجرح2،3 الذي ينسق التئام الجروح وإعادة النمواللاحق 4. نظرا للطبيعة الميكانيكية لهذا الانكماش ، يجب ألا تعيق الأدوات المستخدمة أثناء التجريب حركة الخلايا بالقرب من موقع الإصابة.
تعتبر أجنة الزرد نموذجا ممتازا لدراسة التطور والمرض ، بما في ذلك استجابة الجرح الفقارية ، نظرا لسهولة العناية بها ، وقابليتها للتتبع الجيني ، والشفافية البصرية5،6. ومع ذلك ، فإن شل حركة الكائن الحي بأكمله لفترة طويلة ضروري لدراسة السلوك طويل المدى للخلايا بالقرب من موقع الإصابة. يعد تضمين الأجنة في الاغاروز منخفض الذوبان كافيا للتصوير قصير المدى للأنسجة غير المصابة. ومع ذلك ، فإن مصفوفة الجل المحيطة تقيد تقلص واسترخاء الجروح وتعيق نمو الأجنة النامية بمرور الوقت7،8،9.
يمكن لأجهزة الموائع الدقيقة شل حركة أجنة أسماك الزرد في مراحل نمو مختلفة10،11،12،13،14،15،16 ، وبعضها ، مثل zWEDGI7 ، يستوعب الجرح اليدوي. ومع ذلك ، هناك العديد من العيوب لتصميمات الأجهزة المتاحة. على سبيل المثال ، العديد من الأجهزة المطبوعة مباشرة على البلاستيك غير متوافقة مع التصوير على أنظمة المجهر المقلوب بسبب ضعف الشفافية البصرية. علاوة على ذلك ، تسمح القنوات المتوازية بالتصوير متعدد المواضع10،11 ، لكن الحركة المادية لمرحلة المجهر تقدم تأخرا في الحصول على الصورة. يصعب التكرار المتكرر والتحسين لحل هذه المشكلات عند النظر في الاستثمار المالي والتقني المطلوب لكل تصميم جديد ، خاصة بالنسبة للطرق الحالية القياسية الذهبية لتصنيع الأجهزة باستخدام الطباعة الحجرية الناعمة polydimethylsiloxane (PDMS). غالبا ما تتطلب الخطوة الأولى ، وهي إنشاء قالب رئيسي ، معرفة برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد ، والوصول إلى معدات التصنيع المتخصصة ، و (اعتمادا على المواد المستخدمة) معالجة إضافية مضادة للالتصاق مثل السيلان قبل استخدام القالب. تستغرق معالجة PDMS بمجرد سكبها ساعة واحدة على الأقل في درجات حرارة عالية ، وبشكل عام ، يجب أن يتم ذلك تحت فراغ أو بمشبك للحصول على أفضل النتائج ، غالبا في غرفة نظيفة7،17،18. كما هو الحال في علم الأحياء التنموي ، يمكن أن تكون هذه التكاليف باهظة بسرعة للتجارب التي تتطلب العديد من بيئات الموائع الدقيقة الفريدة عبر نماذج متعددة.
من بين مواد البناء البديلة المتاحة ، يعتبر البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) متينا وغير سام وسهل التلاعب. صفائح PET هي أكياس تصفيح بلاستيكية متوفرة على نطاق واسع يتم حملها في معظم متاجر المستلزمات المكتبية ، مع مادة لاصقة منشطة حراريا مطبقة مسبقا (أسيتات فينيل الإيثيلين بشكل عام). من خلال تشكيل صفائح PET هذه باستخدام قواطع حرفية متوفرة تجاريا (أي راسمات القطع التي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر والمصممة للحرفيين المنزليين) ولصق الطبقات ببعضها البعض باستخدام معدات التصفيح الحراري القياسية ، يمكن إنشاء مجموعة واسعة من التصميمات المحتملة وتكرارها بسرعة. لذلك قمنا بتكييف طريقة موصوفة سابقا للتصميم والبناء تتضمن PET18 المكدسة لإنشاء R otational Assistant ل Danio Imaging of Subsequent Healing (RADISH) (الشكل 1 أ ، ب). يعمل الترتيب الدوراني لعدة قنوات تقييد على شكل إسفين تقريبا على تحسين القرب مع إتاحة مساحة لقطع زعنفة الذيل اليدوية ، واستيعاب التصوير مباشرة بعد الجرح والتصوير المتزامن طويل المدى للعديد من أجنة الزرد المصابة في نفس مجال الرؤية. بالإضافة إلى ذلك ، تقلل طريقة البناء هذه بشكل كبير من التكاليف الرأسمالية الأولية والوقت اللازم لبناء الجهاز مع الحفاظ على قابلية إعادة الاستخدام.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
استخدمت هذه الدراسة أجنة بعد 3 أيام من الإخصاب (dpf) ولكن يمكن تصميمها لاستخدام 2-14 أجنة dpf. أجريت تجربة أسماك الزرد وفقا للمعايير المقبولة دوليا. تمت الموافقة على بروتوكول رعاية واستخدامه من قبل لجنة رعاية واستخدام بوردو (PACUC) ، مع الالتزام بالمبادئ التوجيهية لاستخدام أسماك الزرد في برنامج البحوث الداخلية للمعاهد الوطنية للصحة (رقم البروتوكول: 1401001018).
1. تجميع جهاز الموائع الدقيقة PET
ملاحظة: يمكن إيقاف أي جزء من هذا البروتوكول مؤقتا في أي وقت باستثناء الخطوتين 1.8 و 1.9 ، الحساسة لوقت تجفيف السيانوا أكريلات.
2. وضع الأجنة داخل الفجل والتحضير للتصوير
3. تصوير عابرات الكالسيوم بعد الجرح
ملاحظة: هذا القسم والقسم 4 اختياريان ويتم توفيرهما كتجارب نموذجية محتملة.
4. تصوير تجنيد العدلات بعد الجرح
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
لمقارنة جودة الصورة التي ينتجها المسح الضوئي بالليزر متحد البؤر بمساعدة الفجل وبدونه، تم تلطيخ الأجنة التي تعبر عن المستشعر الحيوي للكالسيوم المكثف GCaMP6f22،24 في الطبقة الظهارية الخارجية باستخدام MemGlow 560 وتم تصويرها باستخدام مسح ليزر مقلوب متحدي البؤر يغطي سمك طية زعنفة الذيل بالكامل في فاصل زمني قدره 1 دقيقة لكل إطار (فيديو 2). بدون الجهاز (الشكل 3 أ) ، انجرفت العينات بشكل كبير وعرضت القطع الأثرية للنطاقات ، ا...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تتضمن الفرضية الأساسية لطريقة تصفيح PET تقليل التكلفة وتقليل الحواجز التقنية أمام الدخول مقارنة بالوسائل التقليدية لإنشاء أجهزة الموائع الدقيقة ، مثل الطباعة الحجرية الناعمة أو قولبة PDMS. على هذا النحو ، فإن الخطوات الحاسمة الوحيدة في هذا البروتوكول هي المحاذاة الدقيقة لطبقات PET أثناء التصفيح والعزل المائي لحواف الجهاز بعد البناء. يمكن تعديل جميع الأجزاء الأخرى من الطريقة وفقا للاحتياجات التجريبية (على سبيل المثال ، إذا كان تثبيت الأجنة الأصغر سنا أو الأكبر سنا مطلوبا ، فيمكن تعديل سمك...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
تم دعم العمل بتمويل بحثي من المعاهد الوطنية للصحة (R35GM119787 إلى QD). يعتمد هذا العمل على الجهود التي يدعمها معهد EMBRIO ، عقد NSF # 2120200 ، معهد تكامل الأحياء التابع لمؤسسة العلوم الوطنية (NSF). تم إجراء التصوير متحد البؤر في مرفق بوردو للتصوير. نشكر الدكتور قوانغجون تشانغ (جامعة بوردو) على توفير خط Tg (UAS: GCaMP6f). نشكر الدكتور ديفيد توبين (جامعة ديوك) على توفير خط (cdh1-tdtomato) xt18.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 25 مم قطر غطاء دائري # 1 سمك | Chemglass Life Sciences | CLS-1760-025 | مادة تركيب قاعدة. تم اختيار السماكة بناء على مواصفات عدسة المجهر. |
| Adobe Illustrator v28.5 | محرر Adobe | N / A | Vector لتصميم نمط الجهاز. |
| كلوريد الكالسيوم ثنائي هيدرات | فيشر | C79 | لصنع E3 متوسط. |
| تصميم ملفات PNG (مرآة عبر الإنترنت) | N / A | N / A | br / > https://i.ibb.co/FDpQYXc/multipositionalv7-2.png https://i.ibb.co/5TG4SB6/multipositionalv7-3.png |
| مساحة تصميم لسطح المكتب v8.39 | Cricut | N / A | برنامج احتكاري لقيادة القاطع الحرفي. |
| فيوجن بلس 7000 لتر | جي بي سي | 1703098 | آلة تغليف حرارية. تم اختيار هذا النموذج المحدد لميزات جودة الحياة، مثل الحد الأقصى لحجم مكدس الورق. |
| كربيد بريميوم ألمانية | Cricut | 10396595 | شفرة بديلة لقاطع الحرفية. |
| مجموعة أدوات أساسية رمادية | مجموعة أدوات Cricut | 10307854 | لإزالة الأعشاب الضارة وتنظيف الحصائر وتركيب صفائح PET. اختياري. |
| كلوريد المغنيسيوم Hexahydrate | Acros 223211000 العضوية | لصنع E3 متوسط. | |
| صانع 3 | قاطع Cricut | 10669040 | Craft. تم اختيار Cricut Maker 3 على Silhouette Cameo 4 لسهولة استخدام البرنامج ، ولكن أي قاطع حرفي قادر على قراءة الصور بالأبيض والأسود سيعمل. |
| MemGlow 560 | الهيكل الخلوي | MG02-10 | صبغة الخلايا الحية الحمراء لأغشية الخلايا. لا حاجة للغسيل. تستخدم في الشكل 3. |
| رقم 22 شفرة مشرط الكربون | التصميم الجراحي | 22-079-697 | شفرة مشرط لتعديلات القطع اليدوية. أي سكين حرفي مماثل (على سبيل المثال ، سكين X-acto # 2) سيعمل أيضا. |
| كلوريد البوتاسيوم | فيشر | BP366 | لصنع E3 متوسط. |
| كلوريد الصوديوم | فيشر | BP358 | لصنع E3 متوسط. |
| StandardGrip لاصق قطع حصيرة | Cricut | 10138842 | حصيرة تصاعد لقاطع الحرفية. ستعمل حصيرة القطع LightGrip أيضا ، ولكن تجنب حصائر القطع StrongGrip و FabricGrip لأن قوة المادة اللاصقة قد تشوه القطع النهائي أثناء إزالة الأعشاب الضارة والإزالة. سوف تبلى المادة اللاصقة على الحصائر في النهاية مع الاستخدام المستمر ؛ استبدل الحصائر حسب الحاجة. |
| شريط قرطاسية 12 مم | ديلي | 30014 | شريط مكتبي. تم اختيار ماركة Deli عن طريق الاختبار لسهولة الإزالة بعد التصفيح. |
| الغراء الفائق ، السائل | لوكتايت | 1364076 | الغراء سيانواكريلات. <قوي> يجب أن يكون الغراء المستخدم سائلا.< / قوي> لن تغلق تركيبات الجل حواف الجهاز أو مقاومة للماء بشكل كاف. |
| أكياس الترقق الحراري PET ، | سكوتش | TP3854 | PET سعة 3 مل مع مادة لاصقة حرارية. تصل الأوراق على شكل أزواج محصورة ويجب فصلها قبل الاستخدام. قطع مع جانب لاصق متجها لأسفل. |
| أكياس الترقق الحراري PET ، | سكوتش | TP5854 | 5 مل مع مادة لاصقة حرارية. تصل الأوراق على شكل أزواج محصورة ويجب فصلها قبل الاستخدام. قطع مع جانب لاصق متجها لأسفل. |
| التريكايين (MS-222) | Syndel | IC10310680 | تخدير الأسماك. |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.