يصف هذا البروتوكول طرقاً لإنتاج أسماك الزيبرا المعدلة وراثياً بمركبات جينية، وتصوير الخلايا المناعية المرتبطة بالأورام في يرقات وأسماك الزيبرا البالغة، وتقدير كمية تكرار الخلايا المناعية ضمن البيئة الدقيقة للورم.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
يصف هذا البروتوكول طرقاً لإنتاج أسماك الزيبرا المعدلة وراثياً بمركبات جينية، وتصوير الخلايا المناعية المرتبطة بالأورام في يرقات وأسماك الزيبرا البالغة، وتقدير كمية تكرار الخلايا المناعية ضمن البيئة الدقيقة للورم.
يُعد استقطاب الخلايا المناعية إلى البيئة المجهرية للورم (TME) مكوناً هاماً في التنظيم المناعي وتطور الورم. ومن شأن دراسة العلاقات المكانية والزمانية بين الخلايا المناعية والخلايا الورمية داخل الجسم الحي أن توفر رؤى حول التفاعلات داخل البيئة المجهرية للورم. ومع ذلك، لا يزال تصور هذه التفاعلات وقياسها كمياً في الكائنات الحية السليمة يشكل تحدياً عند استخدام مناهج التصوير والتحليل النسيجي التقليدية. وتوفر أسماك الزيبرا نموذجاً قيماً لأبحاث السرطان نظراً لقابليتها للتعديل الجيني، وتطورها السريع، وشفافيتها الضوئية خلال مراحل النمو المبكرة، مما يتيح تصور الخلايا الموصومة بالفلوريسنت. داخل الجسم الحينقدم هنا بروتوكولاً لتوليد وتحديد وتصوير وتكميم الخلايا المناعية والورمية التي تم وسمها بشكل متباين بعلامات فلورية في نموذج لمرض الورم الأرومي العصبي باستخدام سمك الزيبرا. يتضمن البروتوكول تربية وفحص سمك الزيبرا المعدل وراثياً والمركب، والتصوير الحي لليرقات، وتحضير وتصوير الأسماك البالغة الحاملة للأورام، وتكميم الخلايا المناعية المحيطة بمناطق الورم وبداخلها. وباستخدام سلالات مراسلة معدلة وراثياً، CD4+ الخلايا المناعية و MYCNيمكن تصوير وتحليل خلايا الورم الأرومي العصبي الناتجة عن [المحفز] في مراحل تطورية مختلفة. ويتيح سير العمل هذا تقييم تموضع الخلايا المناعية بالنسبة للأورام في كل من الأسماك اليرقية والبالغة، ويمكن استخدامه لمقارنة وفرة الخلايا المناعية عبر مراحل المرض. يوفر هذا البروتوكول منهجية قابلة للتكرار لتصوير وقياس الخلايا المناعية كمياً ضمن البيئة المجهرية للورم (TME). في الجسم الحي باستخدام سمك الزيبرا، وقد يسهل دراسات التفاعلات بين الجهاز المناعي والأورام في نماذج سرطانية أخرى.
تعتبر البيئة الدقيقة للورم (TME) نظاماً بيئياً يتكون من خلايا ورمية، ومناعية، وليفية، وأوعية دموية1. وتلعب البيئة الدقيقة للورم دوراً أساسياً في تطور السرطان، والاستجابة العلاجية، والمناعة المضادة للأورام. وضمن هذه البيئة، تعمل الخلايا المناعية كمنظمات رئيسية لمصير الورم، حيث تساهم إما في الاستجابات المضادة للأورام أو تحفز كبت المناعة2. لذا فإن فهم آليات استقطاب الخلايا المناعية وتوزيعها ووظيفتها داخل البيئة الدقيقة للورم يعد أمراً بالغ الأهمية لتوضيح الآليات التي تتبعها الأورام للإفلات من المراقبة المناعية. ومع ذلك، فإن النهج التقليدية لدراسة البيئة الدقيقة للورم، مثل علم الأنسجة النهائي، وقياس التدفق الخلوي، وتسلسل الخلية الواحدة، لا تقدم سوى لقطات ثابتة وغالباً ما تتطلب تفكيك بنية الأنسجة، مما يؤدي إلى فقدان المعلومات المكانية والتفاعلات بين الخلايا3,4,5,6,7. علاوة على ذلك، فإن هذه الطرق محدودة في قدرتها على تصور وقياس الخلايا المناعية داخل البيئة الدقيقة للورم، لا سيما خلال المراحل المبكرة من تطور الورم.
تُعد أسماك الزيبرا (Danio rerio) نموذجاً قوياً لأبحاث السرطان نظراً لانخفاض تكلفتها، وسرعة نموها، وشفافيتها النسبية، ودرجة الحفظ الجيني العالية لديها8,9. وتوفر هذه المزايا نظاماً تجريبياً قابلاً للتكرار والتوسع، مما يسمح باستخدام أحجام عينات كبيرة وإجراء فحص مجهري فعال خلال إطار زمني قصير10. والأهم من ذلك، تشترك أسماك الزيبرا في حفظ مناعي كبير مع البشر، بما في ذلك المكونات الرئيسية لكل من الجهازين المناعيين الفطري والتكيفي، مما يجعل النتائج ذات صلة بالأمراض البشرية1. وتعتبر هذه الخصائص مفيدة بشكل خاص لدراسة سرطانات الأطفال مثل الورم الأرومي العصبي8. وبناءً على ذلك، تم تطوير العديد من سلالات أسماك الزيبرا ذات المراسل المناعي ونماذج للسرطان1. لذا، تعمل أسماك الزيبرا كنموذج قيم في الجسم الحي (in vivo) لدراسة التفاعلات بين الورم والخلايا المناعية، مما يقدم رؤية حول كيفية تأثير التنظيم المناعي في تشكيل تطور الورم، لا سيما خلال المراحل المبكرة.
اعتمدت الدراسات السابقة التي بحثت في البيئة الدقيقة للورم (TME) في أسماك الزيبرفيش بشكل كبير على نماذج الطعوم الورمية الغريبة مقترنة بالتصوير النهائي لتقييم تموضع الخلايا المناعية داخل الأورام12,13,14,15,16,17. وبينما توفر هذه الطرق رؤى مفيدة، إلا أنها تظل محدودة بسبب اعتمادها على التصوير ثنائي الأبعاد، والذي لا يمكنه استيعاب التنظيم ثلاثي الأبعاد لـ TME والعلاقات المكانية بين الخلايا الورمية والمناعية أثناء التطور بشكل كامل14. بالإضافة إلى ذلك، تتضمن نماذج الطعوم الورمية الغريبة زرعاً اصطناعياً لخلايا ورمية بشرية، وقد لا تحاكي بدقة بدء تكوين الورم الطبيعي18. كما أن هذه النماذج عادة ما تكون قصيرة المدى ولا يمكنها رصد تطور الورم أو التغيرات في العلاقة المكانية بين الخلايا الورمية والمناعية أثناء التطور بشكل كامل14,19. علاوة على ذلك، يوفر هذا النهج تمثيلاً محدوداً للتنظيم المكاني، والسياق التنموي، والأهمية الفسيولوجية لسلوك الخلايا المناعية داخل TME. ومؤخراً، قمنا نحن وآخرون بتطبيق أسماك زيبرفيش معدلة جينياً بشكل مركب، حيث يتم وسم الخلايا الورمية والمناعية بشكل متمايز بعلامات فلورية، لتصور الخلايا المناعية المرتبطة بالأورام20,21. وتسمح هذه الأسماك المعدلة جينياً بشكل مركب بدراسة TME طوال فترة تطور الحيوان والورم، مما يسهل الاستقصاءات حول التفاعلات بين الجهاز المناعي والورم in vivo.
نقدم هنا طريقة تستخدم المجهر البؤري (confocal microscopy) لدراسة الخلايا المناعية داخل البيئة المجهرية للورم (TME) في نموذج لسرطان الخلايا العصبية لدى سمك الزيبرا. في هذا النهج، استخدمنا سلالات تقريرية من سمك الزيبرا تعمل على وسم الخلايا المناعية، وسلالة من سمك الزيبرا معدلة وراثياً تفرز بشكل مفرط الجين الورمي البشري MYCN تحت محفز dopamine-β-hydroxylase (dβh)، مما أدى إلى تطور سرطان خلايا عصبية يشبه المرض البشري20. في هذا النموذج من سمك الزيبرا المعدل وراثياً والمركب، يتم وسم الخلايا الورمية والخلايا المناعية بشكل تفاضلي باستخدام EGFP وmCherry على التوالي. يكون محفز dβh نشطاً في خلايا السلالة الودية الكظرية، وقد استُخدم في نماذج متعددة لسرطان الخلايا العصبية في سمك الزيبرا2,23,24,25. بالإضافة إلى ذلك، استخدمنا محفز Cd4 الذي يحفز فلورة mCherry لتصوير خلايا CD4+15. تم تطبيق التصوير البؤري مع اكتساب مجموعة من المقاطع العرضية (Z-stack) لتصوير البيئة المجهرية للورم في ثلاثة أبعاد في مراحل مختلفة من تطور الورم، مما سمح بتقييم العلاقات المكانية بين الخلايا الورمية والمناعية داخل الأنسجة السليمة. تتيح هذه الطريقة تحليل تنظيم الخلايا المناعية بالنسبة للخلايا الورمية خلال المراحل المختلفة من تطور الورم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمت الموافقة على جميع الإجراءات الحيوانية من قبل لجنة الرعاية والاستخدام المؤسسي للحيوان (IACUC) في جامعة بوسطن شوبانيان. &؛ كلية أفيديزيان للطب بموجب البروتوكول PROTO202101. يتلخص سير العمل العام لإنتاج أسماك الزيبرا المعدلة وراثياً والمركبة، وتصوير اليرقات، وتحضير أنسجة البالغين، وتحليل الصور في الشكل 1.

الشكل 1سير العمل لتصور وتقدير الخلايا المناعية كمياً ضمن البيئة المجهرية للورم (TME) في سمكة الزيبرا. مخطط عام لسير العمل التجريبي. تم تزويج أسماك الزيبرا ذات المراسل المناعي (Immune-reporter) مع أسماك زيبرا عرضة للإصابة بالأورام لإنتاج نسل متحول جينيًا بشكل مركب يعبر عن علامات فلورية في كل من الخلايا المناعية (باللون الأحمر) والخلايا الورمية (باللون الأخضر). فُحصت الأجنة باستخدام المجهر الفلوري لتحديد الأسماك المتحولة جينيًا بشكل مركب. خضعت الأسماك المختارة إما للتصوير المجهري البؤري الحي خلال التطور اليرقي (<21 يوماً بعد الإخصاب [dpf]) أو معالجتها عن طريق التثبيت، والتقطيع بالتجميد، والتصوير المجهري البؤري للأسماك التي يتجاوز عمرها 21 يوماً بعد الإخصاب. يتيح سير العمل هذا تصور وقياس الخلايا المناعية المرتبطة بالبيئة المجهرية للورم عبر مراحل نمو متعددة. تم إنشاء جزء من الرسم التوضيحي باستخدام BioRender. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
1. توليد سلالات أسماك الزيبرا المعدلة وراثياً المركبة من خلال التربية
2. فحص أسماك الزيبرا بحثاً عن العلامات الفلورية
3. التثبيت الحي والـتصوير لليرقات
4. تثبيت الأسماك والتقطيع بالتجميد
5. تثبيت وتصوير الأسماك بعد إزالة الجلد
6. تحليل الصور والقياس الكمي
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يظهر سير العمل التجريبي العام في الشكل 1. تم تهجين أسماك الزيبرا البالغة من سلالة Tg(cd4-1:mCherry) مع أسماك الزيبرا من سلالة Tg(dβh:MYCN;dβh:EGFP) لإنتاج نسل محول جينيًا مركب، تكون فيه الخلايا CD4+ والخلايا التي تعبر عن dβh مميزة بشكل مختلف بفلوريسنت mCherry وEGFP على التوالي. تم فحص الأجنة للتحقق من وجود العلامات الفلورية المناسبة، ثم جرى تحليلها إما عن طريق التصوير المجهري البؤري الحي أثناء التطور اليرقي، أو التصوير المجهري البؤري بعد التثبيت والتقطيع...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يستخدم البروتوكول الموصوف هنا أسماك الزيبرا كنموذج in vivo لتصوير وقياس الخلايا المناعية داخل البيئة الدقيقة للورم (TME). هناك عدة عوامل حاسمة للتنفيذ الناجح لهذا النهج؛ أولاً، يعد الاختيار والتحقق المناسبان لسلالات أسماك الزيبرا المعدلة وراثياً المركبة أمراً ضرورياً، حيث يجب فحص اليرقات للتأكد من أنماط التعبير الفلوري المتوقعة، وتأكيد ذلك عن طريق التنميط الجيني إذا لزم الأمر. كما يجب التحقق من تعبير المراسل المناعي والجين المسرطن قبل بدء التجربة لضمان التخصيص الدقيق للمجموعات التجريبية ومجموعات الضبط. ثانياً، ي...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يعلن المؤلفون عن عدم وجود تضارب في المصالح.
نقر بالدعم المقدم من المعاهد الوطنية للصحة (NIH; 1UL1TR01430, CA215059, and NS140967)، وجمعية السرطان الأمريكية (RSG-17-204-01-TBG)، والمؤسسة الوطنية للعلوم (191253)، ومؤسسة Alex’s Lemonade Stand لـ H.F.؛ ومن زمالة Warren Alpert Distinguished Scholars لـ X.Q. كما تلقى Y.W. دعمًا من برنامج فرص أبحاث طلاب الجامعات (UROP) في جامعة بوسطن وبرنامج زمالة St. Baldrick’s الصيفية. وتلقى M.V. دعمًا من برنامج زمالة St. Baldrick’s الصيفية. تقع مسؤولية محتوى هذا المقال على عاتق المؤلفين وحدهم، ولا يمثل بالضرورة الآراء الرسمية للمعاهد الوطنية للصحة (NIH).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| طرف تحميل الجل 20 µL | MilliporeSigma | 102-060 | يستخدم للتعامل مع اليرقات |
| نباتات اصطناعية | The Hidden Reef | 62874200 | إثراء اختياري للتكاثر |
| مبيض | Fisher Scientific | 5037150 | يستخدم لتطهير الأجنة |
| ملحق عد الخلايا | National Institutes of Health (NIH) | N/A | ملحق Fiji يستخدم لتحديد كمية الخلايا |
| كمبيوتر وشاشة | HP | 2TB68A8#ABA | يستخدم لالتقاط الصور وتحليلها |
| مجهر بؤري (Confocal Microscope) | Zeiss | LSM 710 | يستخدم لتصوير اليرقات والبالغين |
| قالب تجميد بلاستيكي | Epredia | 2-050-160 | يستخدم للتضمين بمركب OCT |
| جهاز القطع بالتجميد (Cryostat) | Thermo Fisher Scientific | 95-64-0EC70 | يستخدم للتقطيع بالتجميد |
| ثلج جاف | Fisher Scientific | N/A | يستخدم لنقل العينات |
| برنامج Fiji | National Institutes of Health (NIH) | Version 1.54p | برنامج لتحليل الصور |
| شبكة ذات مسام دقيقة | Carolina Biological | 651345 | تستخدم لجمع الأجنة |
| حضّانة أسماك | VWR | 35960-056 | يتم الحفاظ عليها عند 28.5°C |
| ملقط (Forceps) | Fisher Scientific | 10-316B | يستخدم للتعامل مع العينات |
| طبق ذو قاعدة زجاجية | IBIDI | 81218-20 | يستخدم للتصوير |
| أجاروز منخفض الانصهار | Prolab Supply | 9012-36-6 | يستخدم لتثبيت اليرقات والبالغين |
| حوض تزاوج (حوض رئيسي، فاصل، قسم مشبك) | Carolina Biological | 161937 | يستخدم لتكاثر أسماك الزيبرا |
| هزاز مائل (Nutating Rocker) | Midsci | R2D-30 | يستخدم للتثبيت أثناء الحضانة الليلية |
| مركب OCT | Tissue-Tek | 4583 | وسط تضمين للتقطيع بالتجميد |
| بارافورمالدهيد (PFA) | Sigma Aldrich | 158127-50G | مثبّت |
| طبق بتري بلاستيكي | MilliporeSigma | BR4520 | يستخدم للتعامل مع الأجنة واليرقات |
| محلول ملحي منظم بالفوسفات (PBS) | Gibco | 14080-05 | يستخدم في إجراءات الغسيل والتثبيت |
| ماصة نقل بلاستيكية | Fisher Scientific | 50-98-10 | تستخدم لنقل الأجنة واليرقات |
| شفرة حلاقة | Fisher Scientific | 12-640 | تستخدم أثناء تحضير العينات |
| مقياس الموصلية | YSI | EC30ACC-04 | يستخدم للتحقق من ملوحة مياه الروتيفير |
| روتيفير (Rotifers) | The Hidden Reef | 116151603 | تستخدم لتربية اليرقات |
| ثيوسلفات الصوديوم | Thermo Fisher Scientific | AAA1762936 | يستخدم لمعادلة المبيض |
| سكروز | Fisher Scientific | S2590A | كاشف للحماية من التجميد |
| تريكين ميثان سلفونات | Western Chemical | NC0872873 | مخدر؛ يُباع بواسطة Fisher Scientific |
| ملقط (Tweezers) | Fisher Scientific | 12-0-12 | يستخدم للتعامل مع العينات |
| مجهر فلوري رأسي | Leica | M165 | يستخدم للفحص الفلوري |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم نشر هذه المقالة
الفيديو قريباً