מאמר שיטה

תלת-ממדי (3D)-להדפיס תבנית עבור תפוקה גבוהה דג זברה העובר סידור במערך

DOI:

10.3791/57892

⸱

1 ביוני 2018

 ,  , 
1College of Environmental Science and Engineering, State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, Tongji University, 2UNEP-Tongji Institute of Environment for Sustainable Development, Tongji University

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כאן, אנו מציגים לפרוטוקול תכנון, הרכיבו את העובר דג זברה סידור במערך תבנית, ולאחריו נוהל מפורט על השימוש של תבנית כזו עבור תפוקה גבוהה דג זברה סידור במערך העובר לתוך צלחת 96-ובכן.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

דג זברה הוא שאורגניזם גלובלית מוכרת מים טריים משמשים לעתים קרובות ב ביולוגיה התפתחותית, טוקסיקולוגיה סביבתית, מחלות אנושיות תחומי מחקר קרובים. בזכות תכונות ייחודיות שלה, כולל פוריות גדול העובר המוגבהת, פיתוח מהיר בו זמנית, וכדומה, דג זברה עוברי משמשים לעתים קרובות להערכת רעילות בקנה מידה גדול של כימיקלים, סמים/מתחם ההקרנה. תהליך ההקרנה טיפוסי כרוך דג זברה בוגרת ההשרצה, העוברים ובחירת, סידור במערך העוברים לוחות רב טוב. משם, העוברים הם נתון חשיפה הרעילות של כימיקלים, או היעילות של התרופות/תרכובות ניתן להעריך במהירות יחסית מבוסס על תצפיות פנוטיפי. בין תהליכים אלה, העוברים סידור במערך הוא אחד הצעדים מהגידולים ועתירת ביותר אשר מגביל את רמת התפוקה. פרוטוקול זה, אנו מציגים גישה חדשנית אשר גורם השימוש של תבנית arraying מודפס 3D בשילוב עם ואקום מניפולציה כדי להאיץ את שלב מפרך. פרוטוקול במסמך זה מתאר את התכנון הכולל של התבנית arraying, הגדרת הניסוי מפורט, הליך שלב אחר שלב, ולאחריו נציג תוצאות. כאשר מיושמת, גישה זו צריך להועיל במגוון רחב של יישומי מחקר שימוש דג זברה העוברים בדיקות נושאים.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כאורגניזם מודל פופולרי, דג זברה נעשה שימוש נרחב בתחומים של רפואה ו הרעלים1,2,3,-4. לעומת במבחנה פלטפורמות, דג זברה מציעים המורכבות הביולוגית גדול הרבה שאחד או שני סוגי תאים לא יכול להציע. מלבד היותו יצור כל דגם, פוריות גדול של דג זברה, התפתחות מהירה, בו זמנית, איברים גבוהה המוגבהת העניקו זה מודל ייחודי יתרונות לשמש רעילות בקנה מידה גדול או סמים/מתחם הקרנת5. מאות עוברי המיוצר על ידי זוג אחד של דג זברה למבוגרים בכל שבוע לעלות על דוגמניות כל בעלי חיים אחרים, הפכו אותה מתאימה להקרנה תפוקה גבוהה.

תהליך ההקרנה טיפוסי באמצעות דג זברה כרוך כמות משמעותית של עבודה ידנית, כגון דג זברה בוגרת ההשרצה, העובר בחירה, ואת סידור במערך עוברי לתוך מיכלים מתאים שבו הם נתונים לחשיפה באמצעות טבילה במי. התפתחות העוברים מנוטר, הנצפה נקודות קצה כגון תמותה, hatchability, חריגות לעיתים קרובות להעריך באופן ידני, משמש את ההזדהויות ראשוני של הרעילות של כימיקלים או סימנים של יעילות סמים או תרכובות. כדי לזרז את ההליך ההקרנה, גישות כגון הדמיה אוטומטית וניתוח תמונת המחשב בסיוע נחקרו בעבר. לדוגמה, מיקרוסקופים עם תכולה גבוהה ויכולות הדמיה הותאמו לביצוע אוטומטי בהיר-שדה או קרינה פלואורסצנטית הדמיה על דג זברה עוברי בשלבים התפתחותיים שונים 96/384 צלחות טוב6. התקנים Microfluidic בשילוב עם מיקרוסקופים שימשו כדי למקם דג זברה הזחלים באמצעות מניפולציה הנוכחי עבור הדמיה של נוירונים במוח7. גישות אלה יכול לשפר באופן משמעותי את היעילות של רכישות התמונה לעומת ידני מסורתיים. יתר על כן, עם מספר גדול של תמונות הנוצר, כלי ניתוח תמונה גם פותחו כדי להאיץ את העיבוד של הנתונים, כפי שמגלה ליו. et al. , טו. et al. 8 , 9.

רמת התפוקה הדמיה וניתוח התמונה גודלת, התברר כי הצעד הגבלת קצב להקרנה טמון בתהליך הכנת דג זברה עוברי חשיפה, אשר בדרך כלל אומר סידור במערך אותם לתוך צלחות 96 - או 384-ובכן. כדי לפתור את שלב זה צוואר בקבוק, רובוטיקה מונחה חזון פותחו על-ידי מנדרל. et al. 10 . ואנחנו11 בעבר כדי להחליף טיפול ידני אבל הכלים היו מתוחכמים למדי, יש עקומת למידה עמוקה ליישם טכניקות אלה. לכן, כדי לספק גישה נוחה לשימוש הופך להיות גורם חשוב אחד לשפר עוד יותר את רמת התפוקה של דג זברה ההקרנה היא המטרה העיקרית של עבודה זו.

בעבודה זו, אנו תוכנן, מפוברק העובר סידור במערך תבנית על-ידי הדפסת תלת-ממד. תבנית כזו arraying נועד אומללותו דג זברה העובר לתוך בארות שמתאימים עם צלחת 96-ובכן סטנדרטי. במקום בחירה העוברים ולאחר סידור במערך אותם לבאר בודדת אחת, אחד יכול לבצע העובר מלכוד ית כל העוברים 96 לתוך צלחת multiwall בבת אחת. באמצעות תבנית זו, הפרוטוקול הבא, אחד יכול להגדיל באופן משמעותי את היעילות של סידור במערך עוברי לוחות multiwall, אשר בהמונח להגביר יכולת הקרנת לפחות פי עשרה, בהשוואה באופן ידני. הפרוטוקול המתואר להלן כוללת של עיצוב כללי עבור סידור במערך תבנית, דג זברה ההשרצה, אוסף העובר וכן סידור במערך. איור 1 מציג את התכנון הכולל של התבנית arraying. איור 2 מציג מבט כולל על פרוטוקול שלב אחר שלב באמצעות התבנית שמתואר חלקים 3 ו- 4.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. עיצוב, ייצור של העוברים דג זברה סידור במערך תבנית

  1. לעצב את תבנית arraying עם 12 על ידי 8, פריסת 96-ובכן שמתאים צלחת 96-ובכן סטנדרטי. שימוש המימדים המופיעים איור 1A עבור תא מלכוד העובר העליון (ראה גם את קובץ משלים).
    1. השתמש מידות איור 1B ו- 1 D על מלכוד היטב.
    2. להשתמש את המידות ב- 1C דמות בתחתית המצודה ואקום.
    3. להשתמש את הממדים איור 1B באוויר ב / עודפים.
  2. להשתמש במדפסת תלת-ממד (עם דיוק של 0.1 מ"מ) כדי להדפיס את התבנית; ראה טבלה של חומרי שרף מומלץ שישמש לשם הדפסה.
    הערה: מדפסות תלת-ממד עם דיוק 0.1 מ מ מומלץ עבור ייצור התבנית arraying (ראה טבלה של חומרים). הצבע המוצע על פני השטח של התבנית הוא אפור כהה או שחור.

2. דג זברה העובר ההשרצה

  1. מקום שני זוגות של זכר ונקבה דגים למטר ההזדווגות תיבת יום אחד לפני ההשרצה. נפרד זכרים ונקבות על ידי מחיצה פלסטיק שקוף.
  2. תוריד את המחיצות בבוקר לערבב דג זכר ונקבה.
  3. הסר את הדגים זכר ונקבה ולאסוף עוברי דג זברה באמצעות מסננת פיין-רשת. לשטוף העוברים עם ביצה 250 מ ל מים (ראה טבלה של חומרים).
  4. להעביר את העוברים שנאספו פטרי (90 מ מ קוטר) עם הפתרון של Holtfreter (ראה טבלה של חומרים) ולהסיר את העוברים מופרית ומתה תוך שימוש stereomicroscope של.
  5. מקם את העוברים חממה 28.5 ° C. ב- 4 h פוסט הפריה (hpf), לבחון את העוברים ולהסיר כל העוברים מת, לא בריא. העוברים מוכנים עכשיו השלב הבא.

3. הכנת סידור במערך תבנית

  1. לשטוף את תבנית 2-3 פעמים עם יונים 500 מ"ל מים והכניס אותו לתוך תנור ייבוש (45 ° C) במשך 5 דקות.
  2. קלטת בתחתית המצודה עם חתיכה של איטום הסרט (איור 2שלב 1).
  3. חבר של משאבת ואקום דרך שקע אוויר בתחתית התבנית.
    הערה: הואקום מקסימום המומלצת עבור משאבת ואקום הוא 0.1 Mpa. להיות מודע עוצמת הוואקום בשימוש. אם הלחץ השלילי חזק מדי, לחתוך חור בצורת צלב על הסרט איטום כדי להוריד את הלחץ.

4. סידור דג זברה עוברי במערך לתוך צלחת 96-ובכן

  1. באמצעות פיפטה של העברת פלסטיק, למקם כ 150 עוברי לתוך התבנית, כפי שמתואר באיור 2, שלב 2.
  2. לחבר את משאבת ואקום שקע אוויר כדי ליצור לחץ שלילי בתא אטום על ידי הסרט איטום בשלב 3.3.
  3. מנערים את התבנית כולה אופקית עד בכל טוב יש אחד העובר לכודים (איור 2, שלב 3).
    הערה: אם הפתרון של Holtfreter מתייבש לפני העוברים לכוד בתוך כל טוב, להוסיף הפתרון של Holtfreter נוספים בבית הבליעה מלכוד, חזור על שלב זה.
  4. להיפטר פתרון של Holtfreter נוספת של עוברי כי הם לא לכודים בתוך הבארות (איור 2, בשלב 4).
  5. לכבות ולנתק את משאבת ואקום.
  6. מניחים צלחת 96-ובכן תקן הפוך נגד התבנית (איור 2, בשלב 5) ולסובב את שניהם באותו זמן (איור 2, לשלב 6).
  7. הקש על תחתית התבנית או לחבר את האוויר לשקע אבקת גז דחוס יכול העברת העוברים כל לכוד מהתבנית לצלחת 96-ובכן (איור 2, לשלב 6).
  8. חזור על שלב 4.1 עד 4.8 להכין צלחות רב טוב נוספים.
  9. להסיר את הסרט איטום ולשטוף את התבנית 3 פעמים מלמעלה עד למטה עם יונים 500 מ"ל מים לשימוש עתידי.
    הערה: אין להשתמש כל ממסים אורגניים, כמו אתנול, לנקות את התבנית.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

איור 3 מראה תבנית אופיינית arraying מודפס 3D. תבנית זו משתמשת שרף פוטוסנסיטיבית כחומר גלם, נעשתה על ידי מדפסת תלת-ממד; שכבה של צבע שחור הוחל לספק ניגוד יותר לצבע של העוברים. המיקום של 96 וולס (12 על ידי 8) תוכנן כדי להתאים עם צלחת 96-ובכן סטנדרטי. באופן דומה, תבנית טוב 384 (24 מאת 16) אפשר גם לעצב, מפוברק באמצעות אותה שיטה. היתרון קאמרית היה מעט יותר גדול מאשר צלחת 96-ובכן תקן כדי לספק התאמה טוב יותר. חריצים עוצבו גם להחזיק את העוברים נוספת במהלך סידור במערך....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ישנם שני שלבים קריטיים של פרוטוקול זה מחייבות תשומת לב לביצוע הטמעה מוצלחת של הדפסת תלת-ממד תבנית עבור סידור במערך דג זברה עוברי.

הגורם החשוב ביותר על העיצוב של התבנית arraying הוא מלכוד היטב. ודואג אין היחיד העובר לכוד בתוך כל טוב, אחד צריך לשלם קרוב לב הקוטר ואת העומק של הבאר מלכוד, קוטר החור דרך. הקוטר המומלץ נמצא במרחק 1.5 או פי 2 של הקוטר של העובר טיפוסי (כולל את chorion). עומק מלכוד היטב צריך להיות בתוך פי 2 של הקוטר של העובר טיפוסי (כולל את chorion) להמנע. הערמה של העוברים בתוך הבאר אות...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים מילאו פטנט על התבנית מודפס 3D המתואר.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכה על ידי התוכנית "1000plan הנוער", את הכספים הפעלה מאוניברסיטת טונגג'י, ו NSFC גרנט # 21607115 21777116 (לין).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מתקן דג זברהשנחאי Haisheng ביוטק ושות', בע"מZ-A-S5
תיבת הזדווגותשנחאי Haisheng ביוטק ושות', בע"מ
בקבוק כביסה, 500 מ"לסנגון ביוטקF505001-0001
נתרן כלוריVetecV900058-500G
אשלגן כלוריסינופארם כימי ריאגנט ושות', בע"מ10016318
סידן כלורידסינופארם כימי ריאגנט ושות', בע"מ20011160
נתרן ביקרבונט Vetecv900182-500G
מתילן כחול הידראטTCIM0501
חומצה הידרוכלוריתסינופארם כימי ריאגנט ושות', בע"מ10011008
מלחי יםמיידי אוקיינוסSS15-10
פיפטרפישרברנד13-675M
מבוקר טיפה פסטר פיפטפישרברנד13-678-30
מיקרוסקופOLYMPUSSZ61
חממה ביוכימיתשנחאי Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.תלת מימד LRH-250
UnionTechLite600
שרף רגיש לאורUnionTechUTR9000
משאבת ואקוםשנחאי Yukang Scientific Instrument Co., Ltd.SHB-IIIA
דבק PCR צלחתאטמים SolarbioYA0245
96 צלחת בארCostar3599
פיפטה רב 8 ערוצים 30 - 300 μ lEppendorf3122000.051
דאסטר גז דחוסשנחאי Zhantu כימיקלים ושות', בע"מST1005
DI מיםתרמוGenPure Pro UV / UF
תנור ייבוששנחאי Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd.
s מערכת מים
מי ביציםלדלל 60 מ"ג " אוקיינוס מיידי" מלחי ים ו-0.25 מ"ג/ליטר מתילן כחול ב-1 ליטר DI
מים Holtfreter' תמיסתממיסים 7.0 גרם נתרן כלורי (NaCl), 0.4 גרם נתרן ביקרבונט (NaHCO3), 0.1 גרם אשלגן כלורי (KCl), 0.235 גרם סידן כלורי (CaCl2.2H2O) ב-1.9 ליטר DI מים. התאם את ה-pH ל-7 באמצעות HCl והתאם את הנפח ל-2 ליטר באמצעות מי Di
מדפסת מי מים של מערכת BPG-9106A מחוץ למתקן' s

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Howe, K., et al. The zebrafish reference genome sequence and its relationship to the human genome. Nature. 496 (7446), 498-503 (2013).
  2. Leslie, M. Zebrafish larvae could help to personalize cancer treatments. Science. 357 (6353), 745-745 (2017).
  3. Lin, S., et al. Understanding the Transformation, Speciation, and Hazard Potential of Copper Particles in a Model Septic Tank System Using Zebrafish to Monitor the Effluent. ACS Nano. 9 (2), 2038-2048 (2015).
  4. Lin, S., et al. Aspect ratio plays a role in the hazard potential of ceo2 nanoparticles in mouse lung and zebrafish gastrointestinal tract. ACS Nano. 8 (5), 4450-4464 (2014).
  5. Baraban, S. C., Dinday, M. T., Hortopan, G. A. Drug screening in Scn1a zebrafish mutant identifies clemizole as a potential Dravet syndrome treatment. Nature Communications. 4, (2013).
  6. Lin, S., et al. High content screening in zebrafish speeds up hazard ranking of transition metal oxide nanoparticles. ACS Nano. 5 (9), 7284-7295 (2011).
  7. Kuipers, J., Kalicharan, R. D., Wolters, A. H. G., van Ham, T. J., Giepmans, B. N. G. Large-scale Scanning Transmission electron microscopy (nanotomy) of healthy and injured zebrafish brain. Journal of Visualized Experiments. (111), (2016).
  8. Liu, R., et al. Automated Phenotype Recognition for Zebrafish Embryo Based In vivo High Throughput Toxicity Screening of Engineered Nano-Materials. PLoS One. 7 (4), (2012).
  9. Tu, X., et al. Automatic Categorization and Scoring of Solid, Part-Solid and Non-Solid Pulmonary Nodules. in CT Images with Convolutional Neural Network. Scientific Reports. 7, 8533(2017).
  10. Mandrell, D., et al. Automated zebrafish chorion removal and single embryo placement: optimizing throughput of zebrafish developmental toxicity screens. Journal of Laboratory Automation. 17 (1), 66-74 (2012).
  11. Lin, S., Zhao, Y., Nel, A. E., Lin, S. Zebrafish: An in vivo model for nano EHS studies. Small. 9 (9-10), 1608-1618 (2013).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

3D Printed TemplateHigh Throughput ScreeningVacuum ManipulationEmbryo SpawningEmbryo Selection96 Well PlateEmbryo TrappingEmbryo TransferTemplate Sterilization

מאמרים קשורים