本文描述了 zWEDGI(斑马鱼损伤与固定装置,用于生长与成像),这是一种分区装置,旨在对斑马鱼幼体进行定向和固定。该设计允许进行尾部横切,并可长期采集伤口愈合与再生过程的高分辨率荧光显微图像。
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本文描述了 zWEDGI(斑马鱼损伤与固定装置,用于生长与成像),这是一种分区装置,旨在对斑马鱼幼体进行定向和固定。该设计允许进行尾部横切,并可长期采集伤口愈合与再生过程的高分辨率荧光显微图像。
斑马鱼幼体是发育生物学和伤口愈合研究中的重要模式生物。此外,斑马鱼幼体也是在时空维度上以细胞分辨率进行动态生物学现象活体高分辨率显微成像的宝贵系统。然而,传统的琼脂糖包埋活体成像方法可能阻碍幼体发育和组织再生。因此,本文介绍了一种名为 zWEDGI(斑马鱼伤口与固定装置,用于生长与成像)的装置,该装置经过设计与制造,具有功能分区结构,可固定幼体以进行高分辨率显微镜观察,同时允许在装置内完成尾鳍截断操作,并支持尾部后续不受限制的发育与再生。该装置可在维持幼体存活的同时实现伤口处理和长期成像。由于 zWEDGI 模具采用 3D 打印技术制造,其几何结构具有可定制性,可根据多种斑马鱼成像应用需求进行便捷修改。此外,zWEDGI 具备多种优势,包括实验过程中可接触幼体以进行造伤或试剂添加、多个幼体平行排列以实现高效成像,以及装置的可重复使用性。
斑马鱼幼虫的再生能力 斑马鱼 使其成为研究伤口反应以及愈合与再生的理想模式生物1,2,3,4获得多种转基因斑马鱼品系以及斑马鱼在解剖结构上的透明性进一步增强了其在 体内 伤口反应事件以及长期再生过程的研究4因此,利用高分辨率延时荧光显微镜研究这些生物学过程需要一种活体成像斑马鱼装置,该装置可在维持斑马鱼幼体存活的同时,提供高稳定性并最大限度减少其运动。该装置的关键在于能够有效造伤,同时确保愈合与再生过程不受装置干扰。
标准的活体成像稳定方法是在活体成像过程中将幼虫包埋于琼脂糖中,但该方法会限制幼虫生长和伤口再生5 并且可能增加死亡率,因为幼虫在四小时后开始出现心脏应激和组织坏死的迹象4因此,通常需要去除目标区域的琼脂糖,以允许正常的发育和再生6,这会使幼虫在切除琼脂糖时面临潜在损伤。此外,使用琼脂糖包埋技术时,操作者必须在琼脂糖凝固前的短时间内完成幼虫的定位。5,6,7快速操作幼虫不仅需要操作者具备熟练技巧,还可能对幼虫造成损伤。尽管已有用于稳定幼虫以进行活体成像的方法被提出以克服这些缺点,例如带脊状结构的琼脂孔3 或凹痕8,使用硅基真空润滑脂与PVC管材或其他材料构建成像室6,以及旋转培养管9,这些方法中的许多都费时费力、操作繁琐、通常不可重复使用,并且无法实现环境操控(如药物处理、损伤) 等等鱼被固定后。
因此,zWEDGI 装置(图 1)被设计用于克服琼脂糖包埋法在斑马鱼幼鱼长期活体成像中存在的一些缺点,同时允许对样本进行操作。zWEDGI 包含三个半开放的分隔腔室(图 1A),可用于装载、固定、造伤及对受精后 2 至 4 天的斑马鱼幼鱼进行成像。该装置由聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)制成,并放置于 60 mm 玻底成像培养皿的盖玻片上。本文所述设计主要用于伤口愈合研究,但由于采用了模块化设计和标准化制造技术,zWEDGI 的设计可进行修改,适用于多种实验操作,尤其适用于需要在最小限制条件下进行实验干预和长期成像的实验流程。
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注意:zWEDGI 基础设计适用于受精后 2 至 4 天(dpf)的斑马鱼幼鱼,并遵循威斯康星大学麦迪逊分校实验动物资源中心的指导原则。
1. 模具的设计与3D打印
2. zWEDGI 装置的 PDMS 制备
3. 将 zWEDGI 等离子体键合至玻璃培养皿
4. 通道准备与幼虫装载
注意:斑马鱼的一般饲养操作按照《斑马鱼手册》进行,该手册可在线获取,网址为 http://zfin.org/zf_info/zfbook/zfbk.html。成年斑马鱼及胚胎的培养条件如前所述1。实验使用野生型 AB 品系。有关活体幼鱼成像的具体要求,请遵循所在机构的动物护理规程。
5. 幼虫的造伤与成像
6. 实验结束
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zWEDGI PDMS 微流控装置是一种功能分区装置,专为斑马鱼幼鱼尾鳍损伤修复与再生过程的活体成像所需的四项主要功能(如下所列)而设计。选择 PDMS 用于 zWEDGI 的制备,不仅因为其易于获取且是生物相容性方面的行业标准材料,还因其在模具成型中具有良好的加工性能。此外,PDMS 在装置成型后可实现重复使用,并避免产生坚硬或锋利的边缘。zWEDGI 装置具体可实现以下功能:1)将幼鱼装载入装置中,2)以适合成像的正确方向固定幼鱼,3)对尾鳍进行损伤处理,以及 4)显微成像,下文将对这些步骤进行详细描述。
加载中
zwedgi 设计包含 3 个通道,每个通道用于固定一条幼虫图1B)。对于幼虫的装载和初始定位,开放的装载室宽度为 3 mm(
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zWEDGI 装置的目的是通过稳定和定向斑马鱼,使其位于高分辨率显微镜物镜的小工作距离内,从而实现三维时间序列成像。在满足这些设计要求的同时,该装置也改进了传统的基于琼脂的活体成像制备方法。zWEDGI 的制备包含三个关键步骤(如下所述),若任一步骤操作不当,均可能导致装置缺陷:
PDMS 制备(图 5A)
为防止产生气泡,在向模具中加入PDMS后应对模具进行脱气处理。脱气完成后,需检查所有气泡是否均已消除,并特别注意玻璃圆片的放置方式。放置玻璃圆片时必须倾斜操作,以确保PDMS内部及下方不会截留空气。在整个操作过程中,灰尘可能带来干扰。为防止灰尘污染,每一步清洁操作都应彻底执行,并在各步骤之间将部件存放于洁净罩内。在进行紫外固化前,应检查模具是否存在多余的树脂,以免形成粗糙表面。打磨时,应确保砂纸接触所有几何区域,使所有表面保持平整(图2,步骤1.3)。在将PDMS注入模具前,务必先用异丙醇清洁并用空气吹干...
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢莫格里奇研究所(Morgridge Institute for Research)和光学与计算仪器实验室(Laboratory for Optical and Computational Instrumentation)对本项目的主要资助。我们还感谢美国国立卫生研究院(NIH)基金编号 R01GM102924(AH 和 KWE)的资助。KH、JMS、RS、AH 和 KWE 构思并设计了本研究。KH 和 JMS 在 DL、KP 和 RS 的支持下完成了所有实验。KH、JS、RS、AH 和 KWE 对论文的撰写作出了贡献。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 制备模具 | |||
| Solidworks Professional Accedemic Research 三维建模软件 | Dassault Systemes | SPX0117-01 | Fisher Unitech |
| Viper Si2 SLA 3D 打印机 | 3D Systems Inc. | 23200-902 | 3D Systems Inc. |
| Accura 60 光敏树脂 | 3D Systems Inc. | 24075-902 | 3D Systems Inc. |
| 变性酒精 | Sunnyside | 5613735 | Menards |
| 紫外后固化装置 | 3D Systems Inc. | 23363-101-00 | 3D Systems Inc. |
| TouchNTuff 丁腈手套 | Ansell | 92-600 | McMaster Carr |
| 220B、400B、600 目 T414 蓝背砂纸 | Norton | 66261139359, 54, 52 | MSC |
| 硼硅酸盐玻璃圆片,直径 2" | McMaster-Carr | MIL-G-47033 | McMaster-Carr |
| 超声波清洗器 | Branson | 1510R-MTH | |
| 70% 异丙醇擦拭酒精 | Hydrox | 54845T43 | McMaster-Carr |
| 10 盎司透明塑料杯 | WNA Masterpiece | 557405 | Amazon |
| 6" 工艺棒 | Perfect Stix | Craft WTD-500 | Amazon |
| 名称 | 公司 | 目录编号 | 备注 |
| 制备 zWEDGI PDMS 装置 | |||
| Sylgard 184 硅橡胶弹性体套件 | Dow-Corning | 4019862 | Ellworth Adhesives |
| 10 mL 注射器 | Becton Dickinson | 305219 | Vitality Medical Inc |
| 干燥器 | Bel-Art Scienceware | F42027-0000 | Amazon |
| 4 英寸棘轮式条形夹具 | Pittsburgh | 68974 | Harbor Freight |
| 实验室烘箱 | Quincy Lab Inc. | 20GC | Global Industrial |
| 镊子套装 | Aven | 549825 | McMaster-Carr |
| 压缩空气过滤喷嘴 | Innotech | TA-N2-2000FT | Cleanroom Supply |
| 真空台钳 | Wilton Tool Group | 63500 | MSC Industrial |
| 55 mm 玻璃底培养皿;30 mm 微孔 #1.5 盖玻片 | Cellvis | D60-30-1.5-N | Cellvis |
| 等离子清洗仪 | Harrick Plasma | PDC-001 | Harrick Plasma |
| 名称 | 公司 | 目录编号 | 备注 |
| 装载幼虫 | |||
| Pipetteman P200 | Gilson | F123601 | |
| 100% 乙醇(使用前用水稀释至 70%) | Pharmco-aaper | 111000200 | |
| 移液管 | Fisherbrand | 13-711-5A | Fisher Scientific |
| 脱脂奶粉粉末 | 2902887 | MP Biomedicals | |
| 双蒸水 | |||
| N-苯基硫脲 | Sigma-Aldrich | P7629 | Sigma-Aldrich |
| 三卡因(乙基-3-氨基苯甲酸酯) | C-FINQ-UE | Western Chemical | |
| 低熔点琼脂糖 | Sigma-Aldrich | A0701 | Sigma-Aldrich |
| 加热块(干浴孵育器) | Fisher Scientific | 11-718-2 | Fisher Scientific |
| E3 缓冲液 | |||
| 大孔移液枪头,200 µL | Fisherbrand | 02-707-134 | Fisher Scientific |
| 通用移液枪头,200 µL | Fisherbrand | 21-197-8E | Fisher Scientific |
| #15 手术刀片 | Feather | 2976 | Amazon |
| 25G 注射器针头 | BD | BD305122 | Fisher Scientific |
| 名称 | 公司 | 目录编号 | 备注 |
| 成像 | |||
| 倒置显微镜 | |||
| Imaris 成像软件 | Bitplane |
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