Aquí, presentamos un protocolo optimizado y efectivo para la inyección intravenosa de células o agentes farmacológicos en peces cebra adultos, lo que resulta en un mayor injerto celular y mayores tasas de supervivencia del pez cebra tratado.
Artículo de método
Aquí, presentamos un protocolo optimizado y efectivo para la inyección intravenosa de células o agentes farmacológicos en peces cebra adultos, lo que resulta en un mayor injerto celular y mayores tasas de supervivencia del pez cebra tratado.
La inyección intravenosa (IV) es ampliamente reconocida como el método más eficaz y comúnmente utilizado para lograr la administración sistémica de sustancias en modelos de investigación en mamíferos. Sin embargo, su aplicación en el pez cebra adulto para la administración de fármacos, el trasplante de células madre y los estudios regenerativos y de cáncer ha sido limitada debido a los desafíos que plantean su pequeño tamaño corporal y sus intrincados vasos sanguíneos. Para superar estas limitaciones, en el pasado se han explorado técnicas de inyección alternativas, como la inyección intracardíaca y retroorbitaria (RO) para el trasplante de células madre en peces cebra adultos. Sin embargo, estas técnicas tienen sus inconvenientes, como la necesidad de técnicas de inyección meticulosas o un mayor riesgo de mortalidad.
En este estudio, hemos desarrollado un procedimiento de inyección intravenosa refinado y optimizado específicamente adaptado al pez cebra adulto, abordando los desafíos asociados con su anatomía única. Para demostrar la eficacia de esta técnica, realizamos inyecciones intravenosas exitosas de células de médula renal completa de peces Tg (mpo: EGFP) y colorante FITC-dextrano en peces Casper adultos. La visualización posterior de las células inyectadas y los colorantes utilizando un microscopio de fluorescencia confirmó su administración e injerto exitosos dentro del pez cebra. Además, demostramos que, en comparación con las inyecciones intracardíacas y de ósmosis inversa, la inyección intravenosa mejoró las tasas de supervivencia y la eficiencia del injerto en el pez cebra tratado. Este enfoque permite la administración y localización precisas de sustancias y tiene un gran potencial para el cribado químico y de fármacos a gran escala utilizando peces cebra adultos. Además, la capacidad de rastrear visualmente las células y los tintes inyectados proporciona información invaluable sobre su injerto, migración e interacciones con los tejidos del huésped, lo que permite una evaluación más completa de los efectos terapéuticos y los procesos biológicos en modelos de pez cebra.
El pez cebra (Danio rerio) se ha convertido en un valioso organismo modelo en la investigación biomédica, principalmente debido a su similitud genética con los humanos, ya que más del 70% de los genes humanos tienen contrapartes del pez cebra 1,2. Este parecido genético, combinado con el tamaño compacto del pez cebra, su rápido ciclo de desarrollo y su capacidad para una amplia manipulación genética, lo convierte en una poderosa herramienta para la exploración científica. Estos atributos son particularmente ventajosos para los experimentos que involucran el trasplante de células, la administración de fármacos y el rastreo de células. Además, la claridad óptica de las larvas transparentes y los mutantes de pigmentación específicos, como el pez cebra Casper, permite una visualización precisa de las células o sustancias trasplantadas, ofreciendo una alternativa más eficiente y rentable a los modelos animales tradicionales.
El pez cebra se utiliza ampliamente para desarrollar modelos de trasplante de cáncer y para realizar pruebas de detección de drogas para enfermedades graves como glioma, melanoma, tumores pancreáticos y leucemia 3,4,5,6,7,8,9,10. Por lo general, estos modelos se inician en la etapa larvaria para aprovechar el sistema inmunológico inmaduro de las larvas y la transparencia inherente, lo que simplifica el proceso de inyección y mejora la viabilidad de los estudios a corto plazo. Sin embargo, el uso de larvas limita el tiempo para evaluar el injerto y las intervenciones terapéuticas 7,11. La transición de estos protocolos experimentales al pez cebra adulto presenta desafíos como procedimientos de inyección más complejos, menor eficiencia del injerto, tasas de mortalidad más altas y mayor variabilidad en las respuestas individuales. Estos desafíos ponen de manifiesto la necesidad crítica de mejorar las técnicas de inyección y administración de sustancias, en particular para los estudios con peces cebra adultos que requieren períodos de observación prolongados.
Históricamente, las inyecciones intracardíacas12 y retroorbitarias (RO)13 han sido los principales métodos para la administración de fármacos y el trasplante de células en el pez cebra adulto. La inyección intracardíaca, que consiste en inyectar sustancias directamente en el corazón, garantiza la circulación sistémica inmediata de los fármacos, pero se asocia con riesgos significativos, como posibles lesiones cardíacas y una alta mortalidad. Por otro lado, la inyección de ósmosis inversa, que suministra materiales al seno venoso detrás del ojo, también promueve una distribución sistémica rápida, pero puede ser estresante para los peces y exige una alta precisión en la ejecución14. Las inyecciones intravenosas, bien establecidas para la administración sistémica de sustancias en ratones y ratas, son cruciales para los estudios de farmacocinética, las evaluaciones de la eficacia de los fármacos y las intervenciones terapéuticas en estos modelos 15,16,17,18. Recientemente, las inyecciones intravenosas han ganado protagonismo en la investigación del pez cebra, particularmente en estudios de respuestas inmunes innatas19,20 y lesión renal aguda21 en larvas de pez cebra. Sin embargo, su aplicación en el pez cebra adulto sigue siendo limitada.
En este estudio, desarrollamos y optimizamos un procedimiento de inyección intravenosa diseñado específicamente para el pez cebra adulto, que mejora significativamente las tasas de supervivencia, la precisión y la eficiencia de la administración. Demostramos visualmente este método y proporcionamos un protocolo detallado utilizando esta técnica refinada. Administramos con éxito inyecciones intravenosas de células de médula renal completa (WKM) de peces Tg (mpo: EGFP) y colorante FITC-dextrano en peces Casper adultos, con confirmación de parto e injerto evaluados por microscopía fluorescente. Nuestros hallazgos muestran que la técnica refinada de inyección intravenosa es más eficiente y consistente en comparación con los métodos intracardíacos y de ósmosis inversa tradicionales. A medida que el uso del pez cebra en la investigación científica continúa expandiéndose, es probable que la adopción de esta técnica mejorada de inyección intravenosa mejore nuestra comprensión de la patogénesis de la enfermedad y acelere el desarrollo de nuevos enfoques terapéuticos.
Todos los procedimientos con animales fueron aprobados por el Comité de Uso de Animales de Laboratorio y de Investigación (CULATR) de la Universidad de Hong Kong (HKU).
1. Preparación del material de inyección
2. Preparación de la médula renal completa para el trasplante
3. Procedimiento de inyección
Para evaluar la efectividad y precisión de diferentes métodos de inyección en peces Casper adultos, se realizó un análisis comparativo utilizando técnicas intracardíacas, RO e IV (Figura 2A). Se inyectaron cantidades variables de células WKM de peces Tg(mpo: EGFP), cada una mezclada con colorante FITC-dextrano a concentraciones de 1 × 105 y 3 × 105 células. El éxito de cada método se determinó mediante la evaluación microscópica inmediata de la presencia de la señal de GFP después de la inyección. Los resultados revelaron variaciones significativas en el éxito de la entrega entre los métodos. El método de inyección intravenosa demostró la mayor efectividad, con señales de GFP detectadas en 41 de los 43 peces. En contraste, el método de ósmosis inversa mostró un éxito limitado, con inyecciones exitosas observadas en solo 3 de 37 peces. El método intracardiaco logró un parto exitoso en 11 de los 40 peces (Figura 2A). También se monitoreó la supervivencia de los peces trasplantados. Los peces inyectados a través de los métodos de ósmosis inversa e intracardiaco tuvieron tasas de supervivencia significativamente más bajas en comparación con los inyectados por vía intravenosa (Figura 2B). En particular, el número de células inyectadas influyó en las tasas de supervivencia entre los peces inyectados por vía intravenosa, y los receptores que recibieron 3 × 105 células mostraron una mejor supervivencia. Estos hallazgos ponen de manifiesto la eficacia y fiabilidad superiores del método de inyección intravenosa en la administración de células y sustancias en el pez cebra adulto.
La eficiencia del injerto de las células WKM en peces Casper receptores se evaluó minuciosamente mediante el monitoreo de la señal GFP de las células trasplantadas. En los peces que recibieron inyecciones intravenosas, las señales de GFP fueron detectables ya en el tercer día después del trasplante (Figura 2C), lo que indica un proceso de injerto rápido y eficaz. Por el contrario, los peces que se sometieron a ósis inversa e inyecciones intracardíacas mostraron una aparición tardía de la señal de GFP, lo que indica una tasa de injerto más lenta. Para el día 17 después del trasplante, las células trasplantadas habían repoblado predominantemente la médula renal, y las señales de GFP más pronunciadas se observaron en los peces inyectados por vía intravenosa (Figura 2C). El análisis citométrico de flujo de KM de los receptores subrayó aún más la eficacia del método de inyección intravenosa. En los receptores inyectados inicialmente con 3 × 105 células por vía intravenosa, aproximadamente el 18% de las células del KM eran GFP positivas, una proporción similar a la encontrada en la médula renal del pez donante Tg(mpo: EGFP) que no se había sometido a ningún trasplante (Figura 2D, E). Por el contrario, la inyección intracardíaca dio como resultado alrededor del 5% de células GFP positivas, mientras que el método de RO produjo solo alrededor del 2% de células GFP positivas en la médula renal de los receptores. Además, la tasa de injerto se correlacionó positivamente con el número de células inyectadas, lo que demuestra que las dosis celulares más altas condujeron a un mayor injerto. Estos resultados confirman la robustez de la técnica de inyección intravenosa para facilitar el injerto celular y la posterior repoblación de la médula renal.

Figura 1: Resultados de supervivencia después de la irradiación y la inyección intravenosa en pez cebra adulto. (A) Los peces casper fueron expuestos a una irradiación de hasta 35 Gy y monitorizaron la supervivencia durante 30 días, confirmando que 25 Gy era una dosis subletal (n = 10 para todos los grupos). (B) Diagramas esquemáticos que ilustran los sitios de inyección para el pez cebra Casper y TU, junto con ejemplos de peces inyectados con éxito. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Comparación de inyecciones retroorbitarias, intracardíacas e intravenosas en pez cebra adulto. (A) Representaciones esquemáticas y resultados representativos de los métodos de inyección de ósmosis inversa, intracardíaca e intravenosa en pez cebra adulto. Los números en la esquina inferior derecha indican el recuento de peces inyectados con éxito o mal inyectados en relación con el número total intentado para cada método, la señal de GFP se verificó bajo el microscopio fluorescente inmediatamente después de la inyección. (B) Supervivencia global de los receptores después de ser trasplantados con diferentes números de células de médula renal del donante por diferentes métodos de inyección (IV-100K: n = 24; Intracardiaco-100K: n = 10; RO-100K: n = 12; IV-300K: n = 20; Intracardiaco-300K: n = 6; RO-300K: n = 8). (C) Observación de la eficiencia del injerto en receptores post-trasplante mediante métodos de RO, inyección intracardíaca e intravenosa (D) Gráfico representativo de citometría de flujo para las células GFP-positivas en KM de los receptores a los 17 días post-trasplante. (E) El porcentaje de células GFP+ en la KM de los receptores 17 días después del trasplante, así como en la KM de los peces donantes Tg(mpo:EGFP) sin irradiación (IV-100K: n = 30; Intracardiaco-100K: n = 28; RO-100K: n = 22; IV-300K: n = 22; Intracardiaco-300K: n = 26; RO-300K: n = 18). Los datos son medios ± s.e.m. Se realizó un ANOVA de un factor para D. Se realizó la prueba Log-Rank para B. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001, ****P < 0,0001. Barras de escala = 1 mm (A, C). Abreviaturas: RO = retroorbital; IV = intravenoso; GFP = proteína verde fluorescente; KM = médula renal; SSC-A = área de pico de dispersión lateral; FITC-A = área de pico de isotiocianato de fluoresceína. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
En este estudio, desarrollamos un protocolo de inyección intravenosa adaptado para el pez cebra adulto para mejorar la precisión y la consistencia de la administración de células o fármacos. Un elemento crítico de este método es la capacidad de localizar y visualizar la vena primaria, que es crucial para la administración precisa de sustancias. Si bien se recomienda la cepa translúcida de pez cebra Casper para una visibilidad óptima de la embarcación, nuestro protocolo es adaptable para su uso con varias cepas de pez cebra adultas, siempre que se realicen los ajustes adecuados para la visibilidad y la precisión. La selección de un calibre de aguja adecuado fue esencial para minimizar el daño vascular y garantizar un transporte eficaz de la sustancia. Además, se priorizó la atención integral posterior a la inyección, incluido el mantenimiento de agua limpia y bien oxigenada. Estas prácticas no solo agilizaron el proceso de inyección, sino que también mejoraron significativamente la salud y la supervivencia del pez cebra, lo que condujo a resultados experimentales más confiables y reproducibles.
Además, realizamos un análisis comparativo de las técnicas de inyección intracardíaca, RO e IV en pez cebra adulto, demostrando las distintas ventajas del método IV para mejorar las tasas de supervivencia y promover el injerto celular. A pesar de su uso tradicional, las inyecciones intracardíacas están relacionadas con altas tasas de mortalidad13, y la precisión requerida para inyecciones efectivas de RO es difícil de lograr de manera consistente14. La naturaleza mínimamente invasiva de la técnica intravenosa mitiga significativamente el estrés y el trauma físico de los peces, lo que mejora sustancialmente la supervivencia y los resultados del injerto después de la inyección. Además, la rápida detectabilidad de las señales de GFP en el día 3 después del trasplante en peces inyectados por vía intravenosa subraya aún más la eficiencia del método para facilitar el injerto celular efectivo. Por el contrario, la aparición más lenta de señales de GFP en los peces inyectados por vía intracardíaca y la casi ausencia de señales en los peces inyectados por ósmosis inversa subrayan las limitaciones de estos métodos alternativos, lo que sugiere que el enfoque intravenoso es un enfoque más eficaz.
Si bien el método de inyección intravenosa ofrece ventajas significativas, tiene limitaciones potenciales, como la necesidad de equipos especializados y capacitación para lograr una alta precisión. Además, si bien la translucidez de la cepa Casper facilita la visualización de las venas, la adaptación de este método a cepas menos translúcidas puede requerir visibilidad adicional y mejoras tecnológicas. Además, se necesita más investigación para evaluar los efectos a largo plazo de las inyecciones intravenosas y para evaluar la estabilidad de las células injertadas durante períodos prolongados en el pez cebra, lo que será crucial para validar el éxito sostenido y la seguridad de esta técnica.
La eficacia de la técnica de inyección intravenosa para administrar sustancias en el torrente sanguíneo y lograr altos niveles de injerto en el pez cebra adulto tiene varias implicaciones para futuras investigaciones. Este método permite un uso más eficaz del pez cebra adulto en estudios a largo plazo, abordando algunas limitaciones asociadas con los modelos larvarios. La fiabilidad del método intravenoso mejora la precisión de los modelos para el estudio de enfermedades complejas y la realización de cribados de fármacos, lo que podría conducir a avances significativos en las estrategias terapéuticas. Además, el éxito de las inyecciones intravenosas para lograr un injerto robusto sienta una base sólida para una mayor exploración en la manipulación genética y el trasplante, que es esencial para investigar los trastornos genéticos y las respuestas inmunitarias. Los avances en este protocolo de inyección intravenosa están preparados para hacer contribuciones sustanciales a la investigación del pez cebra, refinando las herramientas para la investigación biomédica y acelerando el progreso en la comprensión y el tratamiento de las enfermedades humanas.
Los autores no tienen conflictos de intereses que declarar.
Agradecemos a la Instalación de Pez Cebra del Centro de Investigación de Medicina Comparativa (CCMR) de la Universidad de Hong Kong. Agradecemos a la Sra. Jo Yiu Ling Wong por la asistencia a los animales. Los trabajos fueron apoyados por el Esquema de Investigación Temática (T12-702/20-N), los Proyectos del Fondo de Investigación Médica y de Salud No.08192066 y No. 08193106, el Plan de Investigación Conjunta 2021/22 N_HKU745/21 de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (NSFC)/Consejo de Subvenciones de Investigación (RGC), el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China (2023YFA1800100) y el Centro de Oncología e Inmunología bajo la Iniciativa Health@InnoHK financiada por la Comisión de Innovación y Tecnología, el Gobierno de la RAE de Hong Kong, China (A.Y.H.L.).
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| esterilizador de vapor para autoclaves | HIRAYAMA | HRG-140 | |
| Centrífuga 5424 | Eppendorf | ||
| Countess 3 Contador de células automatizado | Thermofisher | ||
| Countess II FL | Invitrogen | ||
| Etilo 3-aminobenzoato sal de metanosulfonato (Tricaína) | Sigma-aldrich | MKCL9483 | |
| Falcon 40 µ m Filtro de celdas | CORNING | Azul, Estéril, Empaquetado Individualmente, 50/Caja | |
| FBS, Calificado | Gibco | 26140079 | |
| FITC-Dextran (MW 10000) | MedChemExpress | 60842-46-8 | |
| Aguja de inyección | Hamilton | HAMI207434 | 34 G, 10 mm |
| de longitud Micro jeringa | Hamilton | 7635-01 | 10 y micro; Capacidad L, Modelo 701 |
| RN Nikon SMZ18 | |||
| PBS pH 7.4 (1x) | Gibco | 10010023 | |
| Penicilina-Estreptomicina (5,000 U/mL) | Gibco™ | 15070063 | 100x |
| Puntas de pipeta | Eppendorf | epTIPS | |
| Pipeta monocanal | Eppendorf | 05-403-151 | |
| Agua destilada ultrapura | Invitrogen | 10977015 |