يوضح هذا البروتوكول بالتفصيل استخدام ذبابة الفاكهة يرقات لتحديد المركبات الفريدة المضادة للنوبات لعلاج الصرع.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يوضح هذا البروتوكول بالتفصيل استخدام ذبابة الفاكهة يرقات لتحديد المركبات الفريدة المضادة للنوبات لعلاج الصرع.
يمثل الصرع عبئا صحيا كبيرا يتفاقم بسبب الأعداد الكبيرة من الأفراد المصابين بمقاومة للأدوية. في حين أن بعض المرضى المصابين بمقاومة الأدوية يستجيبون للعلاجات غير الدوائية (على سبيل المثال ، تحفيز العصب المبهم ، والنظام الغذائي الكيتون ، وما إلى ذلك) ، فإن الملاذ الأخير للكثيرين هو الجراحة الصعبة والمكلفة لتوفير الراحة من النوبات. في حين أنه من المسلم به عموما أن الأدوية المضادة للصرع ذات مجموعة أوسع من الأهداف مطلوبة ، فإن العقبة في تحقيق ذلك هي تحديد أهداف الأدوية الجديدة. تقدم النموذجية القابلة للتتبع وراثيا وعدا في هذا الصدد. ذبابة الفاكهة ، ذبابة الفاكهة السوداء ، أصبحت نموذجا قويا للتحقيق في الأساس الميكانيكي للنوبات وعلاجات أفضل لها. تؤدي العديد من طفرات الذباب المحددة إلى ظهور اليرقات والبالغين نشاطا شبيها بالنوبات استجابة للتحفيز القوي (الكهربائي والميكانيكي و / أو الحراري). توجد العديد من هذه الطفرات في جينات متماثلة لتلك التي تساهم في الصرع الجيني البشري (على سبيل المثال ، قناة Na + ذات الجهد الكهربائي). أصبح من الممكن الآن أيضا استبدال جين الذبابة بمكافئه البشري الذي يحمل أيضا طفرة مرتبطة بالمرض. وهكذا ، أصبحت الذبابة المتواضعة صورة رمزية لنمذجة الأمراض البشرية. تصف هذه الدراسة طريقة مناسبة لاستخدام يرقات ذبابة الفاكهة لشاشات الأدوية منخفضة إلى متوسطة الإنتاجية لتحديد المركبات الفريدة وأهدافها التي لديها القدرة على مقاومة النوبات.
لا يزال الصرع يشكل عبئا صحيا كبيرا، حيث يؤثر على حوالي 1٪ من السكان في جميع أنحاء العالم. على الرغم من وجود أكثر من 30 دواء مضادا للنوبات (ASMs) للعلاج السريري ، إلا أن حوالي ثلث الأشخاص المصابين بالصرع لا يزالون مقاومين للأدوية ، مما يعني أنهم لا يستجيبون بشكل جيد للعلاج الدوائي1،2. الأدوية المتاحة هي أيضا مسكنة فقط ، وبالتالي ، لا تمنع تكوين الصرع ، ولا توفرعلاجا 3. وبالتالي ، هناك حاجة ماسة لتحديد علاجات أفضل للصرع. ومن العقبات التي تحول دون تطوير علاجات أكثر فعالية تحديد أهداف جديدة للأدوية. في الواقع ، تؤثر جميع ASMs الحالية تقريبا على أهداف مماثلة: القنوات الأيونية ، بما في ذلك قناة الصوديوم ذات الجهد الكهربائي (Nav) ، والنقل العصبي المثبط بوساطة حمض γ-أمينوبوتيريك (GABA) 4،5. ومن المقبول عموما أن الاستمرار في استخدام الأساليب التقليدية لتطوير الأدوية من غير المرجح أن يغير هذا السيناريو تغييرا جذريا.
النموذجية المختبرية ، بما في ذلك ، على سبيل المثال لا الحصر ، ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة السوداء ، وسمك الزرد Danio rerio ، لها فائدة في تحديد ASMs الجديدة6،7،8. في الواقع ، يعرض بحث PubMed عن "ذبابة الفاكهة + النوبة" 342 نتيجة ، بينما يعرض نفس البحث عن أسماك الزرد 578 نتيجة (تم إجراء كلا البحثين في 29يناير 2025). في حين أن عدد الدراسات المماثلة على الفئران (~ 15,000) ، فإن عدد الدراسات التي تستخدم أنظمة نموذجية يستمر في النمو. هذه الدراسات ممكنة بسبب الحفظ الميكانيكي لوظيفة الجهاز العصبي المركزي عبر شعبة. علاوة على ذلك ، يتم علاج النوبات المستحثة في الذباب والأسماك بشكل فعال باستخدام ASMs المستخدمة سريريا ، مما يدل على أنه في حين أن الفروق الدقيقة في سلوك النوبة قد تبدو مختلفة ظاهريا ، فإن الآليات الأساسية تشترك كثيرافي 7،9،10.
ذبابة الفاكهة ، ذبابة الفاكهة ، قدمت العديد من المساهمات الأساسية لفهم علم الأحياء البشري. فيما يتعلق بالصرع ، يوفر هذا النظام النموذجي صندوق أدوات وراثي لا مثيل له جنبا إلى جنب مع الخلايا العصبية التي يمكن التعرف عليها والتي يمكن الوصول إليهاتجريبيا 7. علاوة على ذلك ، تم الآن نشر الخلايا العصبية لكل من اليرقات والجهاز العصبي المركزي البالغ ، وتم تحديد العديد من خطوط المحرك الجيني الخاصةبالخلايا 11،12. بشكل ملحوظ ، تم تحديد فئة من الطفرات بالصدفة حيث يستجيب الذباب البالغ للتحفيز الميكانيكي القوي عن طريق فقدان الموقف والنشاط الشبيه بالنوبات (على سبيل المثال ، طنين الجناح ، اهتزاز الساق ، إلخ). تم تسمية هذه الفئة من الطفرات ب "حساسة للانفجار" 13،14،15،16. منذ ذلك الحين ، تم تحديد فئة ثانية من طفرة النوبات التي تستجيب لارتفاع درجة الحرارة ، مما يعكس نوبات الحمى البشرية17،18. ومع ذلك ، فإن قابلية التتبع التجريبي للذباب البالغ تقل إلى حد ما مقارنة بمرحلة اليرقات لنموذج الحشرات نفسه. على سبيل المثال ، قد يكون من الصعب إطعام الذباب البالغ بالمخدرات ، ويمكن أن تكون التقنيات الأكثر توغلا مثل الفيزيولوجيا الكهربية وعلم البصريات الوراثي أكثر صعوبة. على النقيض من ذلك ، تأكل يرقة ذبابة الفاكهة باستمرار لتوسيع حجم جسمها بمقدار ~ 100 ضعف في 5 أيام فقط لتمكين التشرنق لذلك ، يمكننا أن نكون واثقين من التغذية الدوائية الكافية في مراحل اليرقات. تم توثيق التطور الجنيني جيدا ويمكن تنظيمه بدقة ، وقد حدد بدوره المعالم الرئيسية في تطور الجهاز العصبي المركزي ، بما في ذلك الاستحواذ الأول على الخصائص الكهربائية العصبية حتى تكوينالدائرة 19. بمجرد أن تفقس اليرقة ، تمر عبر 3 تساقط (أو أطوار) حتى تصبح "متجولة" في اليوم الخامس ، وعندها تترك الطعام لتجد مكانا آمنا للتشرنق. بعد ~ 100 ساعة من التشرنق ، تظهر ذبابة بالغة بجسم جديد والجهاز العصبي المركزي (الشكل 1).
تقنيات إحداث النوبة عند البالغين ليست مناسبة تماما لمراحل اليرقات. تفتقر اليرقات إلى الشعر الحسي ، والذي يمكن أن يؤدي تنشيطه المتزامن أثناء التحفيز الميكانيكي إلى نوبة. وهكذا ، للتغلب على هذه الصعوبات ، تم تطوير تقنية الصدمات الكهربائية للحث على النوبات في مرحلة اليرقات المتجولة. يكشف التحليل المقارن اللاحق لتقنيات تحريض النوبات عبر كل من اليرقات والبالغين أن الصدمة الكهربائية لليرقات أقل اعتمادا على نوع الطفرة (على سبيل المثال ، حساسية للانفجار مقابل درجة الحرارة). وبالتالي ، نقترح أن تكون هذه التقنية هي الطريقة المفضلة لاختبار الطفرات الجديدة حيث تكون طريقة تحريض النوبات المثلى غيرمعروفة 20. تقنية الصدمات الكهربائية لليرقات بسيطة وسريعة وتتطلب الحد الأدنى من المعدات. توفر هذه التقنية وسيلة فعالة لفحص المركبات الجديدة ، أو العلاجات الجينية ، من أجل فعالية مقاومة النوبات عبر مجموعة من الطفرات التي تعكس التنوع الجيني للصرع البشري.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ذبابة الفاكهة ، ذبابة الفاكهة السوداء ، تستخدم في هذه الدراسة (انظر قسم النتائج للحصول على التفاصيل). هذه التقنية هي الأنسب لليرقات المتجولة من الطور الثالث (L3). البروتوكول التجريبي بسيط نسبيا ولكنه يتطلب ممارسة لإتقانه. في تجربتنا ، يحتاج الطلاب الجدد إلى حوالي أسبوعين لإتقان الفحص والاستفادة بشكل كبير من عرض محققين آخرين أكثر خبرة يقومون بالفحص في الوقت الفعلي باستخدام مجهر تشريح يدعم الكاميرا أو ما شابه ذلك. الكواشف والمعدات المستخدمة في هذه الدراسة مدرجة في جدول المواد.
1. اختيار اليرقات
2. إجراء الصدمات الكهربائية
3. بناء مسبار الصدمات الكهربائية
4. معايرة المسبار
5. تنفيذ التجارب
6. فحص المخدرات
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تظهر العديد من طفرات ذبابة الفاكهة سلوكا شبيها بالنوبات7،20. يتنوع الأساس الجيني لهذه الطفرات ، والذي يحاكي بشكل إيجابي الأسباب الجينية المتنوعة للصرع البشري. ثلاثة من أكثر طفرات ذبابة الفاكهة التي تمت دراستها هي شبهbangsenseless (parabss) ، ونوبة julius (jus) ، وسهلة الصدمة (eas). تؤدي طفرة parabss إلى اكتساب وظيفة قناة Na + المشلولة
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
توفر طريقة الصدمات الكهربائية للحث على النوبة في يرقات ذبابة الفاكهة شاشة بسيطة ولكنها فعالة لتحديد المركبات المضادة للنوبات الجديدة أو التلاعب الجيني. ومع ذلك ، نظرا لأن هذا اختبار نوعي ، فإن قيده الرئيسي هو أن الطريقة لا يمكنها تحديد أحجام التأثير الصغيرة بسهولة. ومع ذلك ، فإن الإنتاجية المتوسطة التي تسمح بها ، والتي تفسح المجال لفحص ما يصل إلى ~ 5 مركبات في الأسبوع ، لكل محقق ، توفر اختبارا قويا جدا للحيوان بأكمله. بساطة التقنية مناسبة أيضا لمشاريع المختبرات على مستوى البكالو...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ويعلن أصحاب البلاغ عدم وجود مصالح متضاربة.
نشكر العديد من موظفي مختبر بينز الذين طوروا هذه التقنية بشكل مشترك على مدى سنوات عديدة ، وعلى وجه الخصوص ، ريتشارد مارلي ، الذي بذل قدرا كبيرا من الجهد لجعل هذه التقنية قوية وموثوقة. نشكر آنا مونرو على رسم اليرقات ، كما هو موضح في الشكل 2. تم دعم العمل في مختبر Baines الذي ساهم في تطوير هذه التقنية بسخاء من قبل BBSRC و MRC و Wellcome Trust. يتم دعم هذا العمل حاليا بتمويل من جائزة محقق Wellcome Trust إلى R.A.B. (المنحة 217099/Z/19/Z). استفاد تطوير هذه التقنية أيضا من مرفق مانشستر فلاي ، الذي تم إنشاؤه من خلال أموال من الجامعة وصندوق ويلكوم (Grant 087742 / Z / 08 / Z).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| حامل القطب الكهربائي | وورلد بريدنس إنتوينتس | إم 3301 | |
| الشعيرات الدموية الزجاجية | هارفارد إنسترومنتس | GC100F-10 | |
| سلك التنغستن (99.95٪) | جودفيلو كامبريدج ، المملكة المتحدة | قطر 0.1 مم | |
| محفز الجهد | ديجيتيمر المحدودة ، المملكة المتحدة | DS2A mkII | محفز معزول بجهد ثابت ؛ |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.