במחקר זה, אנו מתארים שיטה פשוטה לביצוע ניתוח צבע כחול של אוונס (EBD) על זחלי דג הזברה. טכניקה זו היא כלי רב עוצמה לאפיון שלמות שרירי השלד ותיחום מודלים של דג זברה של ניוון שרירים, והיא שיטה רבת ערך לפיתוח טיפולים חדשים.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
במחקר זה, אנו מתארים שיטה פשוטה לביצוע ניתוח צבע כחול של אוונס (EBD) על זחלי דג הזברה. טכניקה זו היא כלי רב עוצמה לאפיון שלמות שרירי השלד ותיחום מודלים של דג זברה של ניוון שרירים, והיא שיטה רבת ערך לפיתוח טיפולים חדשים.
מודל דג הזברה הוא מערכת מתפתחת לחקר הפרעות נוירו-שריריות. בחקר מחלות עצב-שריר, שלמות קרום השריר היא גורם קריטי למחלה. נכון להיום, מצבים עצביים-שריריים רבים מציגים סיבי שריר מנוונים עם שלמות קרום לא תקינה; זה נצפה לרוב בניוון שרירים. צבע כחול אוונס (EBD) הוא צבע חיוני חדיר לתאים שנלקח במהירות לתאים מנוונים, פגומים או אפופטוטיים; לעומת זאת, הוא אינו נקלט על ידי תאים עם קרום שלם. הזרקת EBD משמשת בדרך כלל כדי לוודא את שלמות השרירים במודלים של עכברים של מחלות עצב-שריר. עם זאת, ניסויי EBD כאלה דורשים דיסקציה ו/או חתך שרירים לפני הניתוח. לעומת זאת, ספיגת EBD בדגי הזברה מוצגת בתכשירים חיים ושלמים. כאן, אנו מדגימים מתודולוגיה פשוטה ופשוטה לביצוע הזרקות וניתוח EBD בדגי זברה חיים. בנוסף, אנו מדגימים אסטרטגיית הזרקה משותפת להגברת היעילות של ניתוח EBD. בסך הכל, מאמר וידאו זה מספק מתווה לביצוע הזרקת EBD ואפיון במודלים של דג זברה של מחלות עצב-שריר.
ניוון שרירים מהווה קבוצה של מחלות שרירים אנושיות שכיחות והטרוגניות עם מאפיינים היסטופתולוגיים ספציפיים1,2. תסמינים הקשורים בדרך כלל לקבוצת מחלות הרסנית זו כוללים חולשת שרירים, ניוון שרירים, אובדן תנועתיות ותמותה מוקדמת1,3. הפתו-מנגנונים העיקריים של ניוון שרירים הם אובדן חלבונים המייצבים את הסרקולמה, מעגנים קומפלקסים טרנסממברניים ומתווכים איתות תאים על פני הממברנה4-6. לדוגמה, אובדן מוחלט של החלבון דיסטרופין, חלבון פיגום ראשוני של קומפלקס הדיסטרופין-גליקופרוטאין, גורם לחוסר יציבות של קרום השריר בניוון שרירים דושן7. בשל העובדה שרוב ניוון השרירים נובע ממוטציות בחלבונים המשתתפים בקשר בין המטריצה החוץ-תאית לשלד הציטו הסרקולמלי, תצפית נפוצה ברמה התאית היא אובדן שלמות העצה8,9. הבנה זו של הפתו-מנגנונים העיקריים הקשורים לניוון שרירים היא תוצר של שנים רבות של מחקר תוך שימוש במערכות מודלים של בעלי חיים2,10-15. עם זאת, למרות ההתקדמות בתחום, עדיין קיימות אפשרויות טיפוליות מוגבלות לטיפול או לניהול מגוון תת-הסוגים של ניוון. מגבלה זו של טיפולים ברי קיימא נובעת ממספר גורמים מרכזיים: 1) הקושי באסטרטגיות ריפוי גנטי, 2) שכיחות גבוהה של מקרי מחלת דה-נובו והיעדר מודלים של בעלי חיים הניתנים לתרגום, ו-3) היעדר אסטרטגיות קפדניות לבדיקת ההשלכות הפיזיולוגיות של גורמים טיפוליים משוערים עם מדדי תוצאה ברורים וניתנים לשחזור.
כדי להתגבר על חלק מהמגבלות הללו, מעבדות רבות, כולל שלנו, משתמשות בדג הזברה כמערכת למידול ומחקרשל מחלות עצב-שריר אנושיות. עד כה, דג הזברה הוכיח כלי רב ערך בחקר מחלות. מודל דג הזברה שימש לזיהוי ואימות מוטציות הגורמות למחלות אנושיות חדשות16,17, להבהיר מנגנונים הגורמים למחלה לא מאופיינים17,18 ולזהות אסטרטגיות טיפוליות חדשות12,19. התקדמות זו נעשתה, בחלקה, על ידי החוזקות הקנוניות של מערכת דגי הזברה כגון הבהירות האופטית שלהם, קלות המניפולציה הגנטית והיכולת להתרבות במספרים גדולים20. דג הזברה הוכח בנוסף כניתן לתיקון למסכי תרופות בקנה מידה גדול21, שיטה רבת ערך לזיהוי טיפולים חדשים22-24. בנוגע לחקר מחלות שרירים, חוזקות אלו משלימות על ידי היכולת לבודד סיבי שריר שלד בודדים של דג זברה באמצעות דיסוציאציה25 ועל ידי היכולת לבחון את ארגון השרירים in vivo באמצעות התופעה האופטית הנקראת שבירהכפולה 26, המאפשרת באופן קולקטיבי קביעה מהירה של שלמות השריר המקרוסקופי. ללא קשר לכלי השירות הזמינים הללו, פיתוח כלים נוסף נדרש ללא הרף כדי לקדם את החקירה.
אנחנו, ואחרים, התאמנו פרוטוקול להזרקה וניתוח של EBD במודל דג הזברה. EBD הוא צבע חיוני וחדיר לתאים שנקלט על ידי תאים פגומים, מנוונים או אפופטוטיים ולאחר מכן מודגם תחת פלואורסצנטיות27. עד כה, נעשה שימוש נרחב בניתוח EBD לניתוח שלמות קרום השריר במודלים של עכברים של מחלות שריר השלד והלב8,9,27. עם זאת, בתכשירים של יונקים, שריר שנקטף דורש בדרך כלל חתך או דיסקציה מייגעים לפני הניתוח. בדג הזברה, ניתוח ישיר אפשרי במספרים גבוהים באמצעות בעלי חיים חיים ושלמים. במאמר וידאו זה, נדגים את המתודולוגיה לביצוע הזרקה וניתוח של EBD בזחלי דג זברה חיים, עם תמונות מייצגות של ספיגת EBD בקו המוטנטי של ניוון דג הזברה sapje15,28. יתר על כן, אנו מציגים אסטרטגיית הזרקה משותפת המאפשרת כימות מוגבר של תכשירי EBD.
1. הכנת צלחות אגר הזרקה (זמן: 45 דקות)
2. הכנת אוונס הכחול צבע (EBD) הזרקת מיקס (זמן: 30 דקות)
3. הזרקת EBD הכנה (זמן: כ -30 דקות)
אף אוזן גרון "> הערה: הפרוטוקול עובד הכי טוב עם זחלים מן 3-7 ימים לאחר הפריה (DPF).4. הזרקת קרום הלב של דג הזברה זחלים עם EBD (זמן: תלוי במספר הזרקת זחלים, מוערכת 1-3 שעות)
5. דגירה וEBD ספיגה (זמן: 4-6 שעות)
6. ויזואליזציה של EBD בשריר (הזמן: תלוי במספר הזרקת זחלים והסוג של מיקרוסקופ, שעה 0.5-3 משוערת)
תמהיל הזרקת EBD הוזרק לCCV של מוטציות הומוזיגוטים sapje ואחים בר-סוג 3 DPF. זריקות שמלאו את חדרי לב (איור 1) ולאחר מכן נותחו לזריקה מוצלחת על ידי לדמיין FITC-פולימרים בכלי הדם תחת הקרינה ירוקה (איור 2).
לאחר תקופת דגירה 4 שעות, ספיגת EBD נבדקה ברמת somite באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי. אחים סוג בר הציגו שום הקרינה EBD בתוך כל סיבי שריר גלויים (איור 3 א), ואילו מוטציות הומוזיגוטים sapje הראו ספיגת EBD, המצביע על נזק לשריר הקרום 15 (איור 3).

איור 1. לערבב הזרקת ההזרקה EBD לוריד הקרדינל הנפוץ (CCV) של אמברי דג הזברהo. עובר () uninjected. חץ מציין מיקום אידיאלי להזרקת CCV. זריקה מוצלחת לCCV (B). הצבע נכנס לחדרי הלב (החץ) ומתחיל להישאב דרך כלי הדם. (ג) הזרקת CCV לא מוצלחת תגרום חלק או את כל הצבע שנכנס לצק החלמון של העובר (חץ). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

עוברים 2. איור ניתן למיין לזריקה מוצלחת על ידי התבוננות הפצת FITC-dextran תחת הקרינה ירוקה לאורך כלי הדם לאחר הזרקה ולפני ספיגת EBD מייד.אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3: EBD יילקח על ידי סיבים עם ממברנות פגומות אחים wildtype () לא מראים הקרינה EBD בסיבי שריר.. (ב) מוטציה הומוזיגוטים Sapje עם הקרינה EBD בתוך סיבי שריר מרובים (חיצים). כל הזחלים הוזרקו תערובת הזרקת EBD ונותחו לאחר תקופת דגירה 4 שעות ב 3 DPF. אחים ומוטציות מוינו על ידי ניתוק סיבי שריר לפני הזרקת CCV. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
דג הזברה הם מתעוררים ככלי רב עוצמה לחקר מחלה עצבית-שרירית 2,29. עד כה, מערכת דג הזברה נעשתה שימוש כדי לאמת את המוטציות הגורמות למחל שריר חדש 16,17,30, להבהיר pathomechanisms רומן 18, ולזהות תרופות טיפוליות פוטנציאלי חדשות 12,24. מאמצים הקולקטיביים אלה הקימו את השירות של דג הזברה מודל מחלות עצבית-שרירית אנושיות. עם זאת, למרות ההתקדמות שנעשתה עם מודלים דג הזברה ויונקים, יש אפשרויות טיפול מוגבלות לחולים בתוך הספקטרום הרחב של מצבים עצבית-שרירית. לכן, דרישה גבוהה קיימת לפיתוח טיפול לקבוצה זו של מחלות הרסניות. במקביל לדרישה זו לתרופות הוא הצורך המקביל לחדשנות מתמשכת ניסיונית, כמו גם ניתוח קפדני כדי לוודא מודלים של בעלי חיים חדשים ואסטרטגיות טיפוליות המשוערות.
ניתוח EBD משמש בדרך כלל במודלים של עכברים לרקמת מחקר ונזק לתאים במוח, לב, ו27,31 שרירי שלד. בעיקר, EBD נעשה שימוש נרחב במודלים של עכברים של תת ניוון שרירים שונים כדי להראות את החומרה של חוסר יציבות קרום שריר וניזק 8. השימוש בEBD לחשוף נזק קרום שריר הוא פרמטר תומך הקמת דמיון של מודל החיה למצב המחלה האנושי 9. כוחו של EBD בעכבר הוביל כמה מעבדות, כוללים שלנו, לפתח וליישם EBD לדגמי דג הזברה של מחלה עצבית-שרירית. בשל תחולתו של ניתוח EBD, טכניקה זו מיושמת באופן פעיל כדי לאשש דגמי דג הזברה למצב המחלה האנושי 11,15,22,24,32. זחלים עם ממברנות שריר פגועות יהיו ספיגת EBD וקרינה לכן אדומה בתוך סיבי שריר. הקרינה שנצפתה בחלל הבין-סיבים, אך לא בתוך סיבי שריר בודדים יכולה להיות גם להיות אינפורמטיבי של סיבי ניתוק מהקרום במרתף בtהוא היעדר נזק קרום, מתן פירוט אבחון שימושי. יש ניתוח EBD יישום פוטנציאל מעבר אימות מודל חיה. מאמצים מהמעבדה שלנו הוכיחו לאחרונה כי ניתוח EBD מועיל באימות תרופות טיפוליות פוטנציאלי רומן 24. קביעה אם טיפולים טיפוליים פוטנציאל להפחית או לבטל ספיגת EBD במודלי מחלה עצבית-שרירית יכולים לסמן פעולה טיפולית רלוונטית 8. סוג זה של ניתוח יכול לעזור להקים את המנגנון (ים) של תרופות ומרחיב את היישום של ניתוח EBD.
כמו בטכניקות רבות, ניתוח EBD יש לי כמה אזהרות שנצפו במהלך עיצוב ובפועל ניסיוניים. לדוגמא, זה יכול להיות מאתגר לזהות CCV בשל העיבוי של הרקמות עם גיל. בנוסף, קל לפגוע זחלים בהכנה לפני ובמהלך הזרקת קרום הלב, הפחתת ספירה ניסיונית והגדלת הצורך מכין מספר גדול של זחלים.יתר על כן, נזק פיזי שנגרם לזחלים במהלך טיפול והזרקה עלול לגרום לתוצאות חיוביות שגויות כמו שריר שנפגע יכול לקחת עד EBD. על מנת להתגבר על חלק מהמכשולים הללו, שתארנו את אסטרטגית שיתוף הזרקה במאמר זה וידאו, המאפשר זיהוי קל ואמין של זחלים עם עירוי צבע מוצלח מייד לאחר הזרקה ולפני ניתוח שלאחר מכן. FITC-dextran בקרות שיתוף הזרקה להזרקה מוצלחת על ידי מתן אישור של EBD בכלי הדם לפני ספיגתו על ידי סיבי השריר. זה יכול להיות שימושי במיוחד כקרינת EBD הופכת מפוזרת מאוד בזחלים לאחר כמה שעות אם לא נאסף בסיבי השריר; ככזה, הוא יכול להיות קשה לזהות. בנוסף, חסר CCV והזרקת EBD לתוך חלל החלמון או גוף יכול, לאחר דגירה, לגרום לקרינה אדומה מפוזרת דומה לשלוט עוברים, עדיין עם הסיכוי המופחת של ספיגה על ידי סיבי שריר פגועים. באופן קולקטיבי, מערה אלהATS מציע הזרקת EBD דורשת סבלנות ותרגול כדי להשיג תוצאות עקביות ואמינות.
בסך הכל, אנו מתארים שיטה מעשית ופשוטה לביצוע ניתוח EBD על זחלי דג הזברה. נכון להיום, השימוש בדג הזברה כמערכת מודל, במיוחד כמודל מחלה אנושי, כבר מתרחב במהירות. הרחבה זו היא באופן חלקי בשל הפיתוח והשינוי המתמשכים של שיטות ניסיוניות שלשפר את היתרונות הנוכחיים של מערכת דג הזברה. טכניקת הזרקת EBD מספקת כלי נוסף ורב עוצמה לארסנל של חוקר לאימות והמחקר של מודלים מחלת שריר דג הזברה. יש יישום והשינוי המתמשך של טכניקה זו יש הפוטנציאל לסייע לחשוף אסטרטגיות טיפוליות חדשניות, כמו גם מנגנוני מחלה גורמת.
יש הסופרים לא אינטרסים כלכליים מתחרים או סכסוכים אחרים של עניין.
ברצוננו להודות טרנט וו לקבלת הסיוע הטכני שלו. אנחנו גם מכירים מחלקת הילדים בבית החולים לילדים וקיור מולדים ניוון שרירים (CMD) למימון הנדיב שלהם לפרויקט זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| פלואורסצאין איזותיוציאנט-דקסטרן MW 10,000 | סיגמא | FD10S | |
| צבע כחול של אוון | סיגמא | E2129 | |
| אתיל 3-אמינובנזואט מלח מתאן סולפונאט | סיגמא | A5040 | |
| צלחת פטרי 100 מ"מ צלחת פטרי | Fischerbrand | FB0875712 | בסיס תבנית הזרקה |
| נימי זכוכית בעלי קיר דק | מכשירי דיוק עולמיים | TW100F-4 | למחט הזרקה |
| אגרוז | ביושופ | AGA001 | עובש הזרקה |
| עובש מיקרו הזרקה | כלי מדע אדפטיביים | TU-1 | עובש הזרקה |
| נתרן כלורי | ביושופ | SOD001 | תמיסת רינגר |
| אשלגן כלורי | ביושופ | POC888 | תמיסת רינגר |
| מגנסיום כלוריד הקסהידרט | תמיסת סיגמא | M2670 | רינגר |
| נתרן פוספט מונוהידראט | סיגמא | S9638 | תמיסת רינגר |
| HEPES | סיגמא | H4034 | תמיסת רינגר |
| גלוקוז | ביובייסיק | GB0219 | תמיסת רינגר |
| סידן כלוריד | סיגמא | C1061 | תמיסת רינגר |
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה