使用黑腹果蝇高通量研究挥发性药物的连续麻醉阵列
February 24th, 2023
果蝇（黑腹果蝇）广泛用于生物学和毒理学研究。为了扩大苍蝇的效用，我们开发了一种仪器，即连续麻醉阵列，它可以同时将多个苍蝇样本暴露于挥发性全身麻醉剂（VGAs），从而可以研究VGA的附带影响（毒性和保护性）。
SAA允许高通量处理，以研究无脊椎动物模式生物中挥发性物质的药理学，这些模式生物具有复杂的大脑和广泛的行为库。结合黑腹果蝇中可用的遗传工具箱，该技术可以快速且经济地研究挥发性药物的药物遗传学。许多人暴露于挥发性物质作为污染物或治疗剂。
除麻醉外，挥发性麻醉剂还具有许多毒性和有益的附带作用。影响程度部分取决于遗传学，遗传学在很大程度上仍未得到探索。制作木框架后，用 50/9/32 英寸钻头在每个盖子上钻两个孔来修改 32 毫升编年史管帽。
打磨孔以清理破烂的塑料。还要打磨盖子的顶部以使表面粗糙。然后将五毫升血清移液器切割成一定尺寸，方法是对塑料进行划痕并在刻痕线上将其分解干净。
打磨切开或破碎的移液管的末端。之后，将网粘在管子上，并在粘合剂干燥后将网切割成管子尺寸。将管子插入锥形盖的孔中，两个管子都延伸到盖子上方。
确保流入管伸入管的时间比流出管长。在管子周围的盖子顶部涂上胶水，将零件固定在一起并使其干燥。将粘性电缆系带连接到框架上。
用拉链领带将盖子固定在框架上，并将拉链领带标签末端剪短。切割并连接tygon管的长度到每个修改后的盖子上的流入管和流出管。从上游端开始，首先将管道连接到流入处，然后从流出处连接到后续位置的流入处。
接下来，将流量指示器添加到最下游的流入量。将50毫升的锥形管放在第一个位置，并标记注水标记。取出试管。
在流入管下方注水，然后将其放回原位。准备汽化器的接口。拆下柱塞，从两个 10 毫升分配注射器中切下凹口，然后将它们插入蒸发器流入和流出，凹口直接朝向蒸发器前部以对齐孔。
连接整个系统。使用tygon管将载气罐与调节器，气体特定流量计，蒸发器和SAA连接。用空的 50 毫升编年史管填充阵列上的空位置。
现在打开油箱。将流量计打开至每分钟两升，然后打开汽化器至 0%通过检查汽化器上游的流量计和 SAA 最后一个腔室下游的流量指示器来确认通过系统的气体流量。或者，将下游管端插入水中并寻找气泡。
在麻醉剂暴露前24小时或更长时间，使用首选方法根据实验的需要对苍蝇队列进行分类。将苍蝇从食物小瓶转移到空的50毫升锥形管中。在暴露前计数并记录任何死苍蝇。
打开盖子并将装有苍蝇的 50 毫升锥形管拧到 SAA 上。打开载气并将其设置为所需的流速。将麻醉蒸发器设置为所需的浓度，并将苍蝇暴露所需的持续时间。
在暴露结束时，以每分钟 1.5 升的速度用新鲜气体冲洗系统五分钟，相当于总 SAA 体积的大约 10 倍。完全打开高压调节器，然后关闭半圈，以确保载气流动。沿着每条管线的管道连接到流量计和蒸发器，并检查蒸发器中的麻醉液位。
确认当气体流动时，它在流量计和下游流量指示器上指示流量。在实验结束时，允许四到五分钟的气流冲洗掉麻醉剂。通过单对会议从单个种群中分离出的七条线显示，由于ND23 60114苍蝇的进化压力，异氟毒性诱导的死亡率发生了变化。
在创伤性脑损伤之前，用15分钟的2%异氟预处理苍蝇降低了白色1118和黄色/白色菌株在24小时的死亡率指数。在预处理的俄勒冈R和Canton S系中，24小时时的死亡率指数没有显着降低。在组装过程中，改进注射器中的凹口必须与蒸发器端口的孔对齐。
在暴露期间，定期检查是否有流过系统。该程序可以用于各种行为、存活和分子研究，从而深入了解挥发性物质的药理学。
概述
串联麻醉阵列（SAA）是一种为研究挥发性全身麻醉剂（VGAs）药理学而设计的用于高通量处理黑腹果蝇的新型仪器。该方法允许研究人员利用果蝇的遗传多样性，探索VGAs对果蝇的毒性和保护性效果。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 药理学
- 毒理学
背景
- 黑腹果蝇是生物学研究中广泛使用的模式生物。
- VGAs具有受遗传因素影响的各种附带效应。
- SAA能够同时将多个样本暴露于VGAs。
- 了解VGAs的效应可以为其治疗和毒理学影响提供信息。
研究目的
- 开发一种用于果蝇VGAs高通量研究的方法。
- 探索VGAs反应的遗传基础。
- 评估VGAs对果蝇的毒性和保护性效果。
使用的方法
- 使用改良的50毫升编年管盖和血清移液器构建SAA。
- 设置气体流动系统以向果蝇样本输送VGAs。
- 在受控条件下将果蝇暴露于VGAs。
- 监测暴露后果蝇的死亡率和行为反应。
主要结果
- 在不同果蝇系中观察到异氟烷毒性诱导的死亡率差异。
- 通过异氟烷预处理可降低某些品系的死亡率。
- SAA方法允许高效和可重复的VGAs测试。
- 获得的见解可能有助于更好地理解挥发性药物的药理学。
结论
- SAA是研究VGAs在果蝇中效应的有效工具。
- 遗传因素在对VGAs的反应中起着重要作用。
- 这项研究可能对理解VGAs在更广泛生物学背景下的效应有重要意义。
常见问题
Executive Industry Relevance
The Serial Anesthesia Array (SAA) enables high-throughput, quantitative investigation of volatile general anesthetics (VGAs) in Drosophila, supporting rapid pharmacogenetic and mechanistic de-risking in early discovery. By allowing simultaneous, controlled exposure of multiple genotypes or biological variables, the SAA advances predictive confidence in target validation and portfolio triage for neuropharmacology and toxicology pipelines. This platform addresses the need for scalable, reproducible systems to interrogate genetic and environmental determinants of drug response.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables systematic interrogation of genetic determinants influencing VGA response in a controlled in vivo system.
- Supports mechanistic de-risking by clarifying pharmacodynamic and pharmacogenetic interactions across diverse fly models.
- Facilitates functional target validation through reproducible, parallelized exposure and outcome measurement.
- Improves predictive confidence for advancing neuroactive compound programs.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, scalable biological systems for downstream compound screening and mechanistic studies.
- Standardizes exposure conditions and quantitative outputs across multiple cohorts and genotypes.
- Enables reproducible, high-throughput assessment of behavioral, survival, and molecular endpoints.
- Supports assay readiness for evaluating compound efficacy and toxicity in genetically tractable models.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical model systems with disease-relevant genetic and environmental variables.
- Provides continuity from early discovery through preclinical validation of neuropharmacological hypotheses.
- Enables risk-adjusted advancement decisions based on robust, comparative data across genotypes and conditions.
- Supports translational biomarker exploration in neuroinflammation and injury models.
Pipeline & Workflow Integration
The SAA integrates into the discovery continuum from early hypothesis testing and target validation through lead identification and preclinical model development.
- Discovery Biology: Supports hypothesis-driven testing of VGA effects and genetic modifiers in a scalable in vivo system.
- Screening: Delivers standardized, quantitative outputs for cross-cohort comparison and compound evaluation.
- Analytics: Enables statistical analysis of mortality, behavioral, and molecular endpoints to inform decision-making.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical phases by modeling disease-relevant genetic and injury variables.
- Enterprise Reuse: Provides a reusable, modular platform adaptable to diverse pharmacological and genetic studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neuroactive compound development.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and throughput for pharmacogenetic and toxicological studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by enabling robust, comparative data generation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of neuropharmacology assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in Drosophila genetics, behavioral assays, and pharmacology.
- Needs access to vaporizer instrumentation, gas flow control, and analytical infrastructure for quantitative readouts.
- Demands cross-team standardization of exposure protocols and data analysis workflows.
- Adaptable to various genotypes, biological variables, and experimental endpoints.
- Practical limitations include scalability to other model organisms and translation to mammalian systems.
