La matriz de anestesia en serie para la investigación de alto rendimiento de agentes volátiles utilizando Drosophila melanogaster
February 24th, 2023
La mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) es ampliamente utilizada para la investigación biológica y toxicológica. Para ampliar la utilidad de las moscas, desarrollamos un instrumento, el serial anesthesia array, que expone simultáneamente múltiples muestras de moscas a anestésicos generales volátiles (VGA), lo que permite investigar los efectos colaterales (tóxicos y protectores) de los VGA.
El SAA permite un procesamiento de alto rendimiento para investigar la farmacología de agentes volátiles en organismos modelo de invertebrados que están dotados de un cerebro sofisticado y un vasto repertorio de comportamientos. En combinación con la caja de herramientas genéticas disponible en Drosophila melanogaster, esta técnica permite estudiar la farmacogenética de los agentes volátiles de forma rápida y asequible. Muchas personas están expuestas a agentes volátiles como contaminantes o agentes terapéuticos.
Además de la anestesia, los anestésicos volátiles tienen numerosos efectos colaterales tóxicos y beneficiosos. El grado de efecto está determinado en parte por la genética, que ha permanecido en gran parte inexplorada. Después de hacer el marco de madera, modifique las tapas del tubo de crónica de 50 mililitros perforando dos agujeros en cada tapa con una broca de 9/32 pulgadas.
Lija los agujeros para limpiar el plástico irregular. También lija la parte superior de la tapa para rugosear la superficie. Luego corte cinco pipetas serológicas de mililitros a medida marcando el plástico y rompiéndolo limpio en la línea marcada.
Lijar los extremos de las pipetas cortadas o rotas. Después, pegue la red a los tubos y corte la red al tamaño del tubo una vez que el adhesivo se seque. Inserte los tubos en los orificios de las tapas cónicas con ambos tubos extendiéndose por encima de la tapa.
Asegúrese de que el tubo de entrada se extienda más tiempo en el tubo que el flujo de salida. Aplique pegamento en la parte superior de las tapas alrededor de los tubos para asegurar las partes juntas y dejar que se sequen. Fije los amarres de cables adhesivos al marco.
Fije las tapas al marco con bridas y corte los extremos de la etiqueta de corbata de cremallera. Corte y conecte la longitud del tubo tygon a los tubos de entrada y salida en cada tapa modificada. Comenzando en el extremo aguas arriba, conecte el tubo primero a la entrada, luego desde la salida a la entrada de la posición posterior.
A continuación, agregue un indicador de flujo a la mayor cantidad de flujo aguas abajo. Coloque un tubo cónico de 50 mililitros en la primera posición y marque la marca de llenado de agua. Retire el tubo.
Llénelo con agua debajo del tubo de entrada y vuelva a colocarlo en su posición. Prepara la interfaz para el vaporizador. Retire los émbolos, corte las muescas de dos jeringas dispensadoras de 10 mililitros e insértelas en la entrada y salida del vaporizador con las muescas orientadas directamente hacia la parte delantera del vaporizador para alinearlas con los orificios.
Conecte todo el sistema. Use tubos tygon para conectar el tanque de gas portador con el regulador, el medidor de flujo específico de gas, el vaporizador y la SAA. Llene las posiciones vacías en la matriz con tubos de crónica vacíos de 50 mililitros.
Ahora encienda el tanque de gasolina. Abra el medidor de flujo a dos litros por minuto y encienda el vaporizador al 0%Confirme el flujo de gas a través del sistema verificando el medidor de flujo aguas arriba del vaporizador y el indicador de flujo aguas abajo de la última cámara de la SAA para el flujo. Alternativamente, inserte el extremo del tubo aguas abajo en el agua y busque burbujas.
24 horas o más antes de la exposición anestésica clasifique las cohortes de moscas según sea necesario para el experimento utilizando el método preferido. Transfiera las moscas de los viales de alimentos a tubos cónicos vacíos de 50 mililitros. Cuente y registre cualquier mosca muerta antes de la exposición.
Destapar y atornillar tubos cónicos de 50 mililitros con moscas en el SAA. Encienda el gas portador y configúrelo al caudal deseado. Ajuste el vaporizador anestésico a la concentración deseada y exponga las moscas durante el tiempo deseado.
Al final de la exposición, enjuague el sistema con el flujo de gas fresco a 1,5 litros por minuto durante cinco minutos, lo que corresponde a aproximadamente 10 veces los volúmenes del volumen total de SAA. Abra completamente el regulador de alta presión y ciérrelo media vuelta para garantizar el flujo de gas portador. Siga los tubos de cada línea hasta los medidores de flujo y el vaporizador, y verifique el nivel de anestesia en los vaporizadores.
Confirme que cuando el gas fluye, indica el flujo en el medidor de flujo y en el indicador de flujo aguas abajo. Al final del experimento, permita de cuatro a cinco minutos de flujo de aire para lavar el anestésico. Siete líneas aisladas de una sola población a través de reuniones de un solo par mostraron variación en la mortalidad inducida por la toxicidad del flúor iso debido a la presión evolutiva en moscas ND23 60114.
Las moscas de preacondicionamiento con 15 minutos de flúor 2% iso antes de la lesión cerebral traumática redujeron el índice de mortalidad a las 24 horas en cepas blancas 1118 y amarillas / blancas. El índice de mortalidad a las 24 horas no fue significativamente menor en las líneas R y Canton S precondicionadas. Durante el montaje, las muescas de las jeringas modificadas deben alinearse con los orificios de los puertos del vaporizador.
Durante la exposición, verifique periódicamente que haya flujo a través del sistema. Este procedimiento se puede seguir para una amplia variedad de estudios conductuales, de supervivencia y moleculares que podrían conducir a conocimientos sobre la farmacología de los agentes volátiles.
Visión general
La matriz de anestesia en serie (SAA) es un instrumento novedoso diseñado para el procesamiento de alto rendimiento de Drosophila melanogaster para estudiar la farmacología de los anestésicos generales volátiles (VGA). Este método permite a los investigadores explorar tanto los efectos tóxicos como protectores de los VGA en las moscas de la fruta, aprovechando su diversidad genética.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Farmacología
- Toxicología
Antecedentes
- Drosophila melanogaster es un organismo modelo ampliamente utilizado en la investigación biológica.
- Los VGA tienen varios efectos colaterales que están influenciados por la genética.
- La SAA facilita la exposición simultánea de múltiples muestras a VGA.
- Comprender los efectos de los VGA puede informar sobre sus implicaciones terapéuticas y toxicológicas.
Propósito del estudio
- Desarrollar un método para la investigación de alto rendimiento de VGA en moscas de la fruta.
- Explorar la base genética de las respuestas a los VGA.
- Evaluar tanto los efectos tóxicos como protectores de los VGA en Drosophila.
Métodos utilizados
- Construcción de la SAA utilizando tapas de tubos crónicos de 50 mililitros modificados y pipetas serológicas.
- Configuración de un sistema de flujo de gas para suministrar VGA a las muestras de moscas.
- Exposición de Drosophila a VGA bajo condiciones controladas.
- Monitoreo de la mortalidad de las moscas y las respuestas conductuales después de la exposición.
Resultados principales
- Se observó variación en la mortalidad inducida por la toxicidad del iso flúor entre diferentes líneas de moscas.
- El pre-acondicionamiento con iso flúor redujo la mortalidad en ciertas cepas.
- El método SAA permite pruebas eficientes y reproducibles de VGA.
- Las ideas obtenidas podrían conducir a una mejor comprensión de la farmacología de los agentes volátiles.
Conclusiones
- La SAA es una herramienta efectiva para estudiar los efectos de los VGA en Drosophila.
- Los factores genéticos juegan un papel importante en la respuesta a los VGA.
- Esta investigación podría tener implicaciones para comprender los efectos de los VGA en contextos biológicos más amplios.
Preguntas frecuentes
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.
