מאמר שיטה

מדידה של תוכן ברזל רקמות שאינן Heme באמצעות בדיקת צבע מבוססת Bathophenanthroline

DOI:

10.3791/63469

31 בינואר 2022

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

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

כאן, פרוטוקול למדידת התוכן ברזל שאינו heme ברקמות בעלי חיים מסופק, באמצעות בדיקה צבעונית פשוטה ומבוססת היטב שניתן ליישם בקלות ברוב המעבדות.

תקציר

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

ברזל הוא מיקרו-תזונה חיונית. הן עומס יתר בברזל והן מחסור מזיקים מאוד לבני אדם, ורמות הברזל של הרקמות מוסדרות היטב. השימוש במודלים ניסיוניים של בעלי חיים של עומס יתר או מחסור בברזל היה אינסטרומנטלי לקידום הידע של המנגנונים המעורבים בוויסות המערכתי והתאי של הומאוסטזיס ברזל. המדידה של רמות הברזל הכוללות ברקמות בעלי חיים מבוצעת בדרך כלל עם ספקטרוסקופיית ספיגה אטומית או עם בדיקה צבעונית המבוססת על התגובה של ברזל שאינו heme עם ריאגנט bathophenanthroline. במשך שנים רבות, הבדיקה הצבעונית שימשה למדידת תכולת הברזל שאינה heme במגוון רחב של רקמות בעלי חיים. שלא כמו ספקטרוסקופיית ספיגה אטומית, זה לא כולל את התרומה של ברזל heme נגזר המוגלובין הכלול בתאי דם אדומים. יתר על כן, זה לא דורש מיומנויות אנליטיות מתוחכמות או ציוד יקר מאוד, ולכן ניתן ליישם בקלות ברוב המעבדות. לבסוף, הבדיקה הצבעונית יכולה להיות מבוססת קוביט או מותאמת לתבנית מיקרו-לוחית, המאפשרת תפוקת דגימה גבוהה יותר. העבודה הנוכחית מספקת פרוטוקול מבוסס היטב המתאים לגילוי שינויים ברמות הברזל ברקמות במגוון מודלים ניסיוניים של בעלי חיים של עומס יתר בברזל או מחסור בברזל.

מבוא

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

ברזל הוא מיקרונוטריאנט חיוני, הנדרש לתפקוד חלבונים המעורבים בתהליכים ביולוגיים חיוניים כגון הובלת חמצן, ייצור אנרגיה או סינתזת DNA. חשוב לציין, הן עודף ברזל והן מחסור בברזל מזיקים מאוד לבריאות האדם, ורמות הברזל של הרקמות מוסדרות היטב. ספיגת ברזל תזונתית חריגה, דיאטות לקויות ברזל, עירויי דם חוזרים ונשנים ודלקת כרונית הם גורמים נפוצים להפרעות הקשורות לברזל המשפיעות על מיליארדי אנשים ברחבי העולם1,2,3.

מודלים בעלי חיים ניסיוניים של עומס יתר בברזל או מחסור היו אינסטרומנטליים כדי לקדם את הידע שלנו על המנגנונים המעורבים ברגולציה המערכתית והתאית של הומאוסטזיס ברזל4. למרות ההתקדמות המשמעותית שחלה בשני העשורים האחרונים, היבטים מרכזיים רבים נותרו חמקמקים. בשנים הקרובות, המדידה המדויקת של רמות הברזל הכוללות ברקמות בעלי חיים תישאר צעד קריטי לקידום המחקר בתחום הביולוגיה של הברזל.

רוב המעבדות מכמתות ברזל רקמה עם ספקטרוסקופיית ספיגה אטומית (AAS), ספקטרומטר מסה פלזמה מצמידה אינדוקטיבית (ICP-MS), או בדיקה צבעונית המבוססת על התגובה של ברזל שאינו heme עם ריאגנט רחצה-אנתרופתרולין. זה האחרון מבוסס על השיטה המקורית שתוארה על ידי טורנס ובותוול לפני יותר מ -50 שנה. בעוד וריאציה של שיטה זו פותחה לאחר מכן באמצעות פרוזין כחלופה bathophenanthroline7, האחרון נשאר ריאגנט הכרומוגני הנפוץ ביותר בספרות.

שיטת הבחירה תלויה לעתים קרובות במומחיות ובתשתית הזמינה. בעוד AAS ו- ICP-MS רגישים יותר, הבדיקה הצבעונית נשארת בשימוש נרחב מכיוון שהיא מציגה את היתרונות החשובים הבאים: i) היא אינה כוללת את תרומתו של ברזל heme הנגזר מהמוגלובין הכלול בתאי דם אדומים; ii) זה לא דורש מיומנויות אנליטיות מתוחכמות או ציוד יקר מאוד; ו-iii) ניתן להתאים את הבדיקה המקורית המבוססת על קוביט לפורמט מיקרו-לוחית, המאפשר תפוקת מדגם גבוהה יותר. הגישה הצבעונית המוצגת בעבודה זו משמשת באופן שגרתי לכימות שינויים ברמות הברזל של הרקמה שאינה heme במגוון מודלים ניסיוניים של בעלי חיים של עומס יתר בברזל או מחסור בברזל, מכרסמים לדגים ולעוף פירות. כאן, פרוטוקול למדידת התוכן ברזל שאינו heme ברקמות בעלי חיים מסופק, באמצעות בדיקה פשוטה, מבוססת היטב, צבעונית כי רוב המעבדות צריך למצוא קל ליישם.

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

פרוטוקול

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

עכברי C57BL/6 נרכשו מסחרית ועכברי hepcidin-null (Hamp1−/−) על רקע C57BL/68 היו מתנה חביבה מסופי ולונט (מכון קוצ'ין, צרפת). בעלי חיים שוכנו במתקן לבעלי חיים i3S בתנאים ספציפיים ללא פתוגנים, בסביבה מבוקרת טמפרטורה ואור, עם גישה חופשית לצ'או ומים מכרסמים סטנדרטיים. בס ים אירופאי (Dicentrarchus labrax) נרכש מחוות דגים מסחרית ושוכנים במתקן החיות של ICBAS, בסביבה מבוקרת טמפרטורה ואור, והאכילו מדי יום ליביטום ad עם הזנת בס ים סטנדרטית. כל ההליכים הנוגעים לבעלי חוליות אושרו על ידי ועדת האתיקה לבעלי חיים i3S והרשות הלאומית, Direção-Geral de Alimentação e Veterinária (DGAV). מידע על ריאגנטים מסחריים, ציוד ובעלי חיים מפורט בטבלת החומרים.

1. הכנת פתרון

הערה: יש לטפל ולהכין את כל הריאגנטים והפתרונות באמצעות כלי זכוכית ללא ברזל או כלי פלסטיק חד פעמיים. אין לאפשר לחומרי מעבדה מתכתיים (למשל, מריות נירוסטה) לבוא במגע עם כל ריאגנט או פתרון, בשל הסיכון לזיהום ברזל. ודא שכל כלי זכוכית לשימוש חוזר הם ללא ברזל. לשטוף את החומרים עם חומר ניקוי מעבדה מתאים במשך 30-60 דקות, לשטוף עם מים deionized, להשרות לילה בתמיסה 37% חומצה חנקתית מדולל 1:3 עם מים deionized, לשטוף שוב עם מים deionized, ולאפשר להתייבש.

  1. תערובת חומצה: הוסיפו 10 גרם חומצה טריכלורואצטית ל-82.2 מ"ל של 37% חומצה הידרוכלורית בבקבוק זכוכית, התמוססו ביסודיות והתאמו את הנפח הסופי ל-100 מ"ל עם מים שעברו דה-יוניזציה. יש לנער לפני השימוש. לחלופין, יש להשתמש רק ב-37% חומצה הידרוכלורית לעיכול רקמות.
    הערה: הפתרון יציב למשך חודשיים לפחות כאשר הוא מאוחסן בבקבוקי ריאגנט מזכוכית חומה כהה.
    אזהרה: חומצה הידרוכלורית וחומצה טריכלורואצטית הן מאכלות, וצורות מרוכזות משחררות אדים חומציים רעילים. יש ללבוש בגדי מגן, כפפות עמידות בפני כימיקלים ומשקפי התזה כימיים בכל עת בעת טיפול בחומצות. הימנע לנשום אותם ותמיד לטפל בחומצות בזמן מתחת למכסה המנוע אדים.
  2. נתרן אצטט רווי: להוסיף 228 גרם של אצטט נתרן נטול מים ל 400 מ"ל של מים deionized בבקבוק זכוכית להתסיס לילה בטמפרטורת החדר. תן לפתרון לנוח ולזרז ליום אחד. אם לא מתרחשת משקעים, המשך להוסיף כמויות קטנות של נתרן אצטט. אחסנו את התמיסה בבקבוק זכוכית.
  3. כרומוגן ריאגנט: כדי להכין 1 מ"ל של ריאגנט כרומוגן, להוסיף 1 מ"ג של 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline חומצה דיסולונית דיסודיום מלח ל 500 μL של מים deionized ו 10 μL של מרוכז (100%) חומצה תיוגליקולית, ולהתמוסס ביסודיות. הפוך את הנפח הסופי ל 1 מ"ל עם מים deionized.
    הערה: הכינו כמה ריאגנטים של כרומוגן לפי הצורך. הפתרון יציב למשך חודש אחד כאשר הוא מוגן מפני אור.
  4. ריאגנט כרומוגן עובד (WCR): הוסף נפח אחד של ריאגנט הכרומוגן ל -5 כרכים של נתרן אצטט רווי ו -5 כרכים של מים deionized.
    הערה: פתרון זה צריך להיות מוכן טרי ביום השימוש.
  5. פתרון סטנדרטי ברזל מלאי: כדי להכין פתרון ברזל 20m מלאי, למקם 111.5 מ"ג של אבקת ברזל קרבוניל בבקבוק נפח 250 מ"ל המכיל 5,480 μL של 37% חומצה הידרוכלורית. להשאיר להתמוסס לילה בטמפרטורת החדר (או לדגור באמבט מים רותחים). לאחר מכן, לפצות את הפתרון נפח סופי של 100 מ"ל עם מים deionized.
    הערה: הפתרון הסטנדרטי יכול להישמר ללא הגבלת זמן כאשר הוא מאוחסן בכלי אטום היטב.
  6. פתרון תקן ברזל עובד (WISS): להוסיף 13.5 μL של 37% חומצה הידרוכלורית ל 500 μL של מים deionized. הוסף 10 μL של פתרון תקן ברזל מלאי ולהרכיב את הנפח הסופי ל 1 מ"ל עם מים deionized (11.169 מיקרוגרם של Fe / mL, 200 μM; נמדד על ידי AAS).
    הערה: פתרון העבודה צריך להיות מוכן טרי ביום השימוש.

2. ייבוש מדגם

  1. חותכים דגימה של רקמה במשקל 10-100 מ"ג עם להב אזמל. שקול אותו במדויק באיזון אנליטי/מדויק על פיסת parafilm קטנה (משקל טרי).
  2. באמצעות פינצטה מפלסטיק, מניחים את חתיכת הרקמה בצלחת של 24 באר (ללא החלקה כדי לאפשר אידוי מים) ומניחים לה להתייבש על אינקובטור סטנדרטי ב 65 °C (65 °F) עבור 48 שעות.
  3. לחלופין, יש להשתמש בתנור עיכול מיקרוגל מעבדה לייבוש דגימות רקמות. בעזרת פינצטה מפלסטיק, מניחים את פיסת הרקמה השקולה בכוס טפלון נטולת ברזל ומייבשים אותה במיקרוגל. הגדר את פרמטרי ההפעלה בהתאם למדריך ההוראות של המכשיר.
    הערה: כהפניה, פרמטרי הפעלה לייבוש דגימות כבד באמצעות תנור העיכול הספציפי (ראה טבלת חומרים) מוצגים בטבלה 1.
  4. באמצעות פינצטה מפלסטיק, מניחים כל פיסת רקמה מיובשת על פיסת פרפילם קטנה בתוך איזון אנליטי/מדויק ושוקלים אותה במדויק (משקל יבש).

3. דגימת עיכול חומצי

  1. באמצעות פינצטה מפלסטיק, מעבירים כל פיסת רקמה מיובשת לצינור מיקרוצנטריפוגה של 1.5 מ"ל.
  2. מוסיפים 1 מ"ל מתערובת החומצה וסוגרים את צינור המיקרוצנטריפוגה. הכן חומצה ריקה באותו אופן, אלא שהרקמה מושמטת.
    אזהרה: תערובת החומצה מאכלת ומשחררת אדים רעילים. יש ללבוש בגדי מגן, כפפות עמידות בפני כימיקלים ומשקפי התזה כימיים בעת טיפול בתערובת החומצה. הימנע לנשום אותו ותמיד להתמודד עם זה בזמן מתחת למכסה המנוע אדים.
  3. לעכל את הרקמות על ידי הדגירה של צינורות microcentrifuge באינקובטור ב 65 °C (65 °F) עבור 20 שעות.
  4. לאחר קירור לטמפרטורת החדר, להעביר 500 μL של תמצית חומצה ברורה (צהובה) (supernatant) לתוך צינור מיקרוצנטריפוגה חדש 1.5 מ"ל באמצעות micropipette מצויד טיפים מפלסטיק. אם לא ניתן להשיג supernatant ברור, לבצע ספין צנטריפוגה קצרה.
    זהירות: הסופר-ננט הוא חומצי מאוד. יש ללבוש בגדי מגן, כפפות עמידות בפני כימיקלים ומשקפי התזה כימיים בעת טיפול בסופר-נתחים. תמיד להתמודד איתם תחת מכסה המנוע אדים.
    הערה: בשלב זה, תמציות חומצה ניתן להשתמש באופן מיידי עבור בדיקת צבע או קפוא ב -20 °C (50 °F) לשימוש מאוחר יותר. להפשיר לחלוטין דגימות קפואות לטמפרטורת החדר מערבולת אותם לפני השימוש.

4. פיתוח צבע

  1. הכן תגובות כרומוגניות כפי שצוין בטבלה 2 בצינורות microcentrifuge 1.5 מ"ל או, עבור תפוקה גבוהה יותר, ישירות לתוך החלק התחתון השטוח, 96-well, ברור, ברור, מיקרופלסטין פוליסטירן מטופל. הכן את כל התגובות (חומצה ריקה, סטנדרטית ודגימה) לפחות בכפילות.
  2. יש לדגור בטמפרטורת החדר למשך 15 דקות.

5. קריאת ספיגה

  1. מדוד ספיגת מדגם בספקטרופוטומטר או קורא לוחות באורך גל של 535 ננומטר כנגד הפניה למים שעברו דה-יוניזציה. ניתן לקרוא צלחות ללא החלקה או מכסה. במקרה המכסה, להסיר כל עיבוי שנוצר עקב שחרורו של אדי חומצה מהמכסה רק לפני המדידה, כדי למנוע הפרעה אפשרית עם קריאת הספיגה.
    הערה: הספיגה האופטית של חומצה ריקה לקרוא נגד מים deionized (הפניה) צריך להיות פחות מ 0.015; הספיגה האופטית של התקן והדגימות צריכה להיות בין 0.100 ל -1.000. עבור דגימות עם תכולת ברזל גבוהה מאוד או נמוכה מאוד, הנפחים של תמצית חומצה (supernatant) ו diH2O ייתכן שיהיה צורך להתאים (טבלה 2): אם הספיגה גדולה מ 1.0, להשתמש מדגם קטן יותר (supernatant) נפח; כאשר הספיגה נמוכה מ- 0.1, השתמש בנפח גבוה יותר של supernatant. נפח מדגם (VSmp) נלקח בחשבון בעת חישוב תוכן ברזל הרקמה של כל דגימה (ראה שלב 6).

6. חישוב תכולת ברזל רקמות

  1. חשב תוכן ברזל רקמות שאינו heme עם המשוואה הבאה:
    ברזל רקמות (מיקרוגרם / גרם רקמה יבשה) = figure-protocol-1
    AT = ספיגה של מדגם בדיקה
    AB = ספיגה של חומצה ריקה
    AS = ספיגה של תקן
    Fes = ריכוז ברזל של WISS (מיקרוגרם Fe /mL)
    W = משקל של רקמה יבשה (g)
    Vsmp = נפח מדגם (נפח משתנה של Supernatant בטבלה 2 מומר ל- mL)
    Vf = נפח סופי של תערובת חומצה לאחר דגירה לילית ב 65 °C (המקביל נפח חומצה בתוספת נפח רקמות יבשות ב- mL; אם משקלים מדגם אינם שונים באופן משמעותי, להניח נפח קבוע ≈ 1 מ"ל)
    Vstd = נפח סטנדרטי מברזל (נפח WISS בטבלה 2 מומר ל- mL)
    Vrv = נפח תגובה סופי (נפח כולל בטבלה 2 מומר ל- mL)

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

תוצאות

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

קובט לעומת השוואת מיקרו-לוחית של 96 well
המדידה של רקמה שאינה ברזל heme על ידי תגובה עם ריאגנט bathophenanthroline שתואר במקור על ידי טורנס ו Bothwell5,6 מסתמך על השימוש ספקטרופוטומטר לקריאת ספיגה. לפיכך, הנפחים המועסקים בתגובת הכרומוגן תואמים לגודל של קובט ספקטרופוטומטר רגיל. העבודה הנוכחית מתארת הסתגלות לשיטה שבה תגובות הכרומוגן מוכנות ישירות במיקרו-לוחית של 96 באר למדידת ספיגה בקורא מיקרופלט, הדורשת נפחי ריאגנט קטנים יותר ומאפשרת תפוקה גבוה...

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

דיון

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

פרוטוקול למדידת תכולת הברזל שאינה heme ברקמות בעלי חיים מסופק, באמצעות התאמה של בדיקת צבע מבוססת bathophenanthroline שתואר במקור על ידי טורנס ו Bothwell5,6. השלבים הקריטיים של השיטה הם ייבוש דגימת רקמות; denaturation חלבון ושחרור של ברזל אנאורגני על ידי הידרוליזה חומצה; הפחתה של ברזל ברזל (Fe3 +) למצב ברזלי (Fe2 +) בנוכחות חומצה תיוגליקולית סוכן הפחתת, ואת התגובה שלה עם ריאגנט bathophenanthroline (תגובת כרומוגן); קריאת ספיגה של יון ברזלי וכת...

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

גילויים

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

למחברים אין ניגודי עניינים.

תודות

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

עבודה זו מומנה על ידי קרנות לאומיות באמצעות FCT-Fundação para a Ciência e a Tecnologia, I.P., תחת הפרויקט UIDB/04293/2020.

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

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
96 באר UV צלחת שקופהSarstedt82.1581.001
איזון אנליטיקרןABJ 220-4M
נתרן אצטט נטול מיםMerck106268
Bathophenanthroline sulfonate (4,7-Diphenyl-1,10-phenantroline dissulfonic acid)Sigma-AldrichB1375
C57BL/6 עכברים (Mus musculus)צ'ארלס ריבר
אבקת ברזל קרבוניל, ≥ 99.5%Sigma-Aldrich44890
קובטות חד פעמיות בפולימתיל מתקרילט (PMMA)VWR634-0678P
מים סטריליים מזוקקים כפוליםB. Braun0082479E
קורא מיקרו-פלטות פלואורסצנטיותBioTek InstrumentsFLx800
חומצה הידרוכלורית, 37%Sigma-Aldrich258148
תנור עיכול מיקרוגל וכוסות טפלון לבןCEMMDS-2000
חומצה חנקתיתפישר15687290
מדעי תנורקלסרED115
צ'או מכרסמיםHarlan Laboratories2014STeklad Global 14% חלבון דיאטת תחזוקת מכרסמים המכילה 175 מ"ג/ק"ג ברזל
בס ים (Dicentrarchus labrax)Sonrionansa
הזנת בס יםSkrettingL-2 Alterna 1P
קרן אחת ספקטרופוטומטר UV-VisShimadzuUV mini 1240
חומצה תיוגליקוליתMerck100700
חומצה טריכלורואצטיתMerck100807
מעבדות

מקורות

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Muckenthaler, M. U., Rivella, S., Hentze, M. W., Galy, B. A red carpet for iron metabolism. Cell. 168, 344-361 (2017).
  2. Pagani, A., Nai, A., Silvestri, L., Camaschella, C. Hepcidin and anemia: A tight relationship. Frontiers in Physiology. 10, 1294(2019).
  3. Weiss, G., Ganz, T., Goodnough, L. T. Anemia of inflammation. Blood. 133 (1), 40-50 (2019).
  4. Altamura, S., et al. Regulation of iron homeostasis: Lessons from mouse models. Molecular Aspects of Medicine. 75, 100872(2020).
  5. Torrance, J. D., Bothwell, T. H. A simple technique for measuring storage iron concentrations in formalinised liver samples. South African Journal of Medical Sciences. 33 (1), 9-11 (1968).
  6. Torrence, J. D., Bothwell, T. H. Tissue iron stores. Methods in Haematology. Cook, J. D. , Churchill Livingston Press. New York. 104-109 (1980).
  7. Rebouche, C. J., Wilcox, C. L., Widness, J. A. Microanalysis of non-heme iron in animal tissues. Journal of Biochemical and Biophysical Methods. 58 (3), 239-251 (2004).
  8. Lesbordes-Brion, J. C., et al. Targeted disruption of the hepcidin 1 gene results in severe hemochromatosis. Blood. 108, 1402-1405 (2006).
  9. Jumbo-Lucioni, P., et al. Systems genetics analysis of body weight and energy metabolism traits in Drosophila melanogaster. BMC Genomics. 11, 297(2010).
  10. Mandilaras, K., Pathmanathan, T., Missirlis, F. Iron Absorption in Drosophila melanogaster. Nutrients. 5, 1622-1647 (2013).
  11. Grundy, M. A., Gorman, N., Sinclair, P. R., Chorney, M. J., Gerhard, G. S. High-throughput non-heme iron assay for animal tissues. Journal of Biochemical and Biophysical Methods. 59, 195-200 (2004).
  12. Adrian, W. J., Stevens, M. L. Wet versus dry weights for heavy metal toxicity determinations in duck liver. Journal of Wildlife Diseases. 15, 125-126 (1979).

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

BathophenanthrolineHepcidin

מאמרים קשורים