מאמר זה מתאר שיטה חדשה לחקר התנהגות התרוקנות עכבר על-ידי שילוב ניטור וידאו בבדיקת נקודות הריק הקונבנציונלית. גישה זו מספקת מידע זמני, מרחבי ונפחי על אירועי ההתרוקנות ופרטים על התנהגות עכברים במהלך שלבי האור והחושך של היום.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר זה מתאר שיטה חדשה לחקר התנהגות התרוקנות עכבר על-ידי שילוב ניטור וידאו בבדיקת נקודות הריק הקונבנציונלית. גישה זו מספקת מידע זמני, מרחבי ונפחי על אירועי ההתרוקנות ופרטים על התנהגות עכברים במהלך שלבי האור והחושך של היום.
התנהגות התרוקנות נורמלית היא תוצאה של תפקוד מתואם של שלפוחית השתן, השופכה וסוגרי השופכה תחת שליטה נכונה של מערכת העצבים. כדי לחקור התנהגות של התרוקנות מרצון במודלים של עכברים, חוקרים פיתחו את בדיקת נקודות הריק (VSA), שיטה המודדת את מספר ושטח כתמי השתן שהושקעו על נייר סינון המצפה את רצפת הכלוב של בעל חיים. למרות שמבחינה טכנית היא פשוטה וזולה, לבדיקה זו יש מגבלות כאשר משתמשים בה כבדיקת נקודת קצה, כולל חוסר רזולוציה זמנית של אירועי התרוקנות וקשיים בכימות כתמי שתן חופפים. כדי להתגבר על מגבלות אלה, פיתחנו VSA מנוטר וידאו, שאנו מכנים VSA בזמן אמת (RT-VSA), ואשר מאפשר לנו לקבוע את תדירות ההתרוקנות, להעריך את הנפח המבוטל ואת דפוסי ההתרוקנות, ולבצע מדידות על פני חלונות זמן של 6 שעות הן בשלב החשוך והן בשלב האור של היום. השיטה המתוארת בדו"ח זה יכולה להיות מיושמת במגוון רחב של מחקרים מבוססי עכברים הבוחנים את ההיבטים הפיזיולוגיים והנוירו-התנהגותיים של מיקוריטציה מרצון במצבי בריאות ומחלות.
אחסון השתן והמיקטוריציה מתואמים על ידי מעגל מרכזי (מערכת העצבים המרכזית) המקבל מידע על מצב מילוי שלפוחית השתן דרך עצבי האגן וההיפוקיבה. האורותל, האפיתל המרפד את דרכי השתן מאגן הכליה ועד לשופכה הפרוקסימלית, יוצר מחסום הדוק בפני תוצרי הפסולת המטבולית והפתוגנים הנמצאים בשתן. זהו מרכיב אינטגרלי של רשת חושים, אשר חשה ומתקשרת את מצב המילוי של שלפוחית השתן לרקמות הבסיסיותולעצבים 1,2. הפרעה במחסום דרכי השתן, או שינויים במסלולי המכנוטרנסדוקציה של דרכי השתן, עלולה להוביל לתפקוד לקוי של התרוקנות יחד עם תסמינים בדרכי השתן התחתונות כגון תדירות, דחיפות, נוקטוריה ובריחת שתן 3,4,5,6,7. כמו כן, הזדקנות, סוכרת, דלקות בדרכי השתן התחתונות, דלקת שלפוחית השתן אינטרסטיציאלית ותהליכי מחלה אחרים המשפיעים על שלפוחית השתן, או על המעגלים החשמליים הקשורים השולטים בתפקודה, ידועים כגורמים לתפקוד לקוי של שלפוחית השתן 8,9,10,11,12,13,14,15,16,17, 18,19. הבנה טובה יותר של התנהגות התרוקנות נורמלית וחריגה תלויה בפיתוח שיטות שיכולות להבחין באופן אמין בין דפוסי השתנה שונים.
באופן מסורתי, התנהגות ההתרוקנות מרצון של עכברים נחקרה באמצעות בדיקת נקודת הריק (VSA), שפותחה על ידי Desjardins ועמיתיו 20, ואומצה באופן נרחב בשל פשטותה, עלותה הנמוכה והגישה הלא פולשנית 8,21,22,23,24. בדיקה זו מבוצעת בדרך כלל כבדיקת נקודות קצה, שבה עכבר מבלה פרק זמן מוגדר בכלוב מרופד בנייר סינון, אשר מנותח לאחר מכן על ידי ספירת המספר והערכת גודל כתמי השתן כאשר נייר הסינון ממוקם תחת אור אולטרה סגול (UV) (כתמי השתן פלואורס בתנאים אלה)20. למרות יתרונות רבים אלה, VSA המסורתי מציג כמה מגבלות עיקריות. מכיוון שעכברים משתינים לעתים קרובות באותם אזורים, החוקרים צריכים להגביל את משך הבדיקה לפרק זמן קצר יחסית (≤4 שעות)25. אפילו כאשר ה-VSA מבוצע על פני פרקי זמן קצרים יותר, כמעט בלתי אפשרי לפתור כתמי ריק קטנים (SVS) הנופלים על כתמי ריק גדולים או, להבדיל בין SVS לבין נשיאת שתן המודבקת לזנבות או לכפות. כמו כן, קשה מאוד להבחין אם SVS הם תוצאה של אירועי התרוקנות תכופים אך אינדיבידואליים (פנוטיפ שנצפה לעתים קרובות בתגובה לדלקת שלפוחית השתן 4,26), או עקב כדרור לאחר מיקטוריציה (פנוטיפ הקשור לחסימת מוצא שלפוחית השתן 27). יתר על כן, הרצון להשלים את הבדיקה במהלך שעות העבודה, יחד עם קשיים בגישה למתקני דיור כאשר האורות כבויים, לעתים קרובות מגביל בדיקות אלה לתקופת האור של מחזור הצירקדי 24 שעות. לפיכך, אילוצי זמן אלה מונעים הערכה של התנהגות התרוקנות עכברים במהלך שלב הלילה הפעיל שלהם, ומפחיתים את היכולת לנתח גנים או טיפולים ספציפיים הנשלטים על ידי מקצבים צירקדיים.
כדי להתגבר על חלק מהמגבלות הללו, חוקרים פיתחו שיטות חלופיות להערכת התנהגות ההתרוקנות בזמן אמת 26,28,29,30,31,32. חלק מגישות אלה כוללות שימוש בציוד יקר כגון כלובים מטבוליים26,28,29, או שימוש במצלמות תרמיות30; עם זאת, גם לאלה יש מגבלות. לדוגמה, בכלובים מטבוליים, השתן נוטה להיצמד לחוטי רצפת הרשת ולקירות המשפך, ובכך להפחית את כמות השתן הנאסף ונמדד. לכן, זה יכול להיות קשה לאסוף במדויק נתונים על חללים קטנים. יתר על כן, כלובים מטבוליים אינם מספקים מידע על ההתפלגות המרחבית של אירועי ההתרוקנות (כלומר, השתנה בפינות לעומת מרכז החדר). בהתחשב בכך שקרינת אינפרא אדום באורך גל ארוך המשמשת את המצלמות התרמוגרפיות אינה חודרת למוצקים, פעילות ההתרוקנות המוערכת על ידי תרמוגרפיית וידאו חייבת להתבצע במערכת פתוחה, מה שיכול להיות מאתגר עם עכברים פעילים, מכיוון שהם יכולים לקפוץ כמה סנטימטרים באוויר. מערכת נוספת היא שיטת הכתם המבוטל האוטומטי על נייר (aVSOP) בגישה33, המורכבת מנייר סינון מגולגל המתפתל במהירות קבועה מתחת לרצפת רשת התיל של כלוב עכבר. גישה זו מונעת נזק לנייר וחפיפה של כתמי שתן המתרחשים ב- VSA הקלאסי, ויישומה מאפשר לחוקר לבצע ניסויים במשך מספר ימים. עם זאת, היא אינה מספקת לחוקר תזמון מדויק של אירועי ההתרוקנות, ואין יכולת לבחון התנהגות וכיצד היא קשורה לאיתור. כדי להשיג מידע זה, החוקרים שילבו ניטור וידאו לבדיקות ריקות, גישה המאפשרת הערכה בו זמנית של פעילות עכבר ואירועי השתנה31,32. גישה אחת כוללת הצבת דיודה פולטת אור כחול (LED) ומצלמת וידאו עם מסנן חלבון פלואורסצנטי ירוק המוצב מתחת לכלוב הניסוי כדי להמחיש את אירועי ההתרוקנות, ונורית אינפרא אדום ומצלמת וידאו מעל הכלוב כדי ללכוד את מיקום העכבר32. מערך זה שימש לניטור התנהגות התרוקנות בעת ביצוע פוטומטריית סיבים; עם זאת, הסביבה המוארת של מערכת זו דרשה מהחוקרים לטפל בעכברים שלהם עם חומר משתן כדי לעורר התרוקנות. בתכנון ניסיוני אחר, מצלמות רחבות זווית הוצבו מעל ומתחת לכלוב הניסוי כדי להמחיש פעילות מוטורית של עכבר ואירועי השתנה, בהתאמה. במקרה זה, כתמי שתן שהושקעו על נייר סינון המצפה את רצפת הכלוב נחשפו על ידי הארת נייר הסינון באורות UV שהונחו מתחת לכלוב31. מערך זה שימש בבדיקות קצרות, שנמשכו 4 דקות, במהלך שלב האור של היום כדי לחקור את נוירוני גזע המוח המעורבים בהתנהגות התרוקנות מרצון31. לא דווח על התאמת מערכת זו לשימוש בה בשלב החשוך או לפרקי זמן של >4 דקות.
במאמר זה מתוארת שיטה המשפרת את ה- VSA המסורתי בכך שהיא מאפשרת ניטור וידאו ארוך טווח של התנהגות ריקון עכבר. גישה חסכונית זו מספקת מידע זמני, מרחבי ונפחי על אירועי התרוקנות לפרקי זמן ממושכים במהלך שלבי האור והחושך של היום, יחד עם פרטים הקשורים להתנהגות עכבר 3,4,34. מידע מפורט לבניית תאי הריקות, יישום VSA בזמן אמת (RT-VSA) וניתוח הנתונים מסופק. RT-VSA הוא בעל ערך עבור חוקרים המבקשים להבין את המנגנונים הפיזיולוגיים השולטים בתפקוד מערכת השתן, לפתח גישות פרמקולוגיות לבקרת מיקטוריציה, ולהגדיר את הבסיס המולקולרי של תהליכי מחלה המשפיעים על דרכי השתן התחתונות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
Urothelial Piezo1/2 עכברי נוקאאוט כפול (Pz1/2-KO , גנוטיפ: Piezo1 fl/fl; Piezo2 fl/fl; Upk2CRE+/-) ובקרות (Pz1/2-C, גנוטיפ: Piezo1 fl/fl; Piezo2 fl/fl; Upk2CRE-/-) נוצרו בתוך החברה מזני הורים שהתקבלו ממעבדות Jax (זן Piezo1 fl/fl # 029213; זן Piezo2 fl/fl # 027720; Upk2CRE+/- זן # 029281). בניסויים נעשה שימוש הן בעכברים נקבות (בנות 1.5-3 חודשים והן במשקל 17-20 גרם) וזכרים (בני 2-4 חודשים ו-23-29 גרם במשקל). עבור ניסויים cyclophosphamide-נגרמת דלקת שלפוחית השתן, נקבות בר C57Bl / 6J (3 חודשים ו ~ 20 גרם במשקל) שימשו (מעבדות ג'קסון, זן # 000664). בעלי חיים שוכנו והניסויים בוצעו במתקן לטיפול בבעלי חיים של אוניברסיטת פיטסבורג תחת אישור הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת פיטסבורג. כל הניסויים בבעלי חיים בוצעו בהתאם להנחיות ולתקנות הרלוונטיות של מדיניות שירותי בריאות הציבור בנושא טיפול אנושי ושימוש בחיות מעבדה וחוק צער בעלי חיים.
1. הרכבת כלובים לבדיקת נקודת ריק בזמן אמת (RT-VSA)
2. מגורי בעלי חיים לפני ניסויים
3. הקלטות RT-VSA במהלך שלבי האור והחושך של היום
הערה: הפרוטוקול שלהלן מתאר את השימוש ב-RT-VSA כדי להעריך את התנהגות ההתרוקנות של העכבר במהלך שלבי האור והחושך של היום. בעלי החיים מוחזקים במחזור אור של 12 שעות וחושך של 12 שעות עם זמן צייטגבר (ZT) = 0 בשעה 07:00 בבוקר. ההקלטות מתחילות בין 10:30 בבוקר ל-11:00 בבוקר (ZT = 3.5-4.0) עבור ניסויי הפאזה הקלה ובין השעות 18:00-18:30 (ZT = 11.0-11.5) עבור ניסויי הפאזה החשוכה. כאשר בעלי חיים נבדקים בשני התנאים, הניסויים מבוצעים בדרך כלל בשני ימים נפרדים, עם לפחות 5 ימים רצופים בין בדיקות האור והחושך. אין לבצע ניסויים בימים בהם מנקים את חדרי בעלי החיים או מחליפים את הכלובים, שכן אלה עלולים לגרום ללחצים המשפיעים על התנהגות ההתרוקנות. כל השלבים צריכים להתבצע בתנאים של לחץ מינימלי עבור העכברים.
4. יצירת עקומות כיול
הערה: יש צורך בעקומת כיול כדי להמיר אזורים ריקים לנפחי שתן. אם מבצעים ניסויים במהלך שלבי האור והחושך של היום, יש ליצור שתי עקומות כיול, אחת לכל סוג נייר סינון המשמש (ניירות סינון דקים ועבים). עקומות כיול נוצרות בכפילות. כל העתק מופעל על נייר סינון הממוקם בתא הקלטה RT-VSA. בהתחשב בהרכבו המורכב, וברגישות UV, השתמש בשתן עכבר כדי לבצע את עקומות הכיול.
5. ניתוח הקלטות עכברי הניסוי
6. ניתוח דפוס השתנה של עכברי ניסוי
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
התנהגות התרוקנות של עכברי נוקאאוט Piezo1/2 אורותל
במהלך שלב האחסון של מחזור המיקטוריציה, משערים כי האורותליום חש את המתח המופעל על ידי השתן המצטבר בשלפוחית השתן ולהמיר גירוי מכני זה לתגובות תאיות כגון שחרור ATPסרוסלי 1,3. הראינו בעבר שתעלות PIEZO1 ו-PIEZO2 המופעלות מכנית מבוטאות באורותל 3,36 של העכבר. כדי לקבוע אם תעלות PIEZO של דרכי השתן חשובות להתנהג...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שילוב של ניטור וידאו הוא שינוי חסכוני המציג מספר יתרונות על פני VSA קלאסי. ב- VSA הקלאסי, המשמש בדרך כלל כבדיקת נקודת קצה, קשה להבחין בין נקודות ריק חופפות. זה לא עניין של מה בכך, שכן עכברים נוטים להשתין מספר פעמים באותו אזור כאשר הבדיקה ממושכת למספר שעות, בדרך כלל בפינות הכלוב שלהם. לפיכך, היתרון הראשון של RT-VSA הוא שהחוקר יכול לזהות בקלות כתמים בודדים שהופקדו באופן חלקי או מלא זה על גבי זה. זה מודגם היטב בניסוי שמוצג באיור 12. במקרה זה, הקלטת וידאו מאשרת כי העכבר בוטל שלוש פעמים באותה פינ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי R01DK119183 מענק NIH (ל- G.A. ו- MDC), פרס פרויקט פיילוט באמצעות P30DK079307 (ל- M.G.D.), פרס פיתוח קריירה של האגודה האמריקאית לאורולוגיה ומענק קרן וינטרס (ל- N.M.), ועל ידי ליבות הדמיית כליות של פיזיולוגיה של התא ואורגניזמים מודל של מרכז פיטסבורג לחקר הכליות (P30DK079307).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1.00 אינץ' X 1.00 אינץ' פרופיל מחורץ T - ארבעה חריצי T פתוחים – חתוך ל-10 אינץ' | 80/20 | 1010 | כמות: 20 |
| 1.00 אינץ' X 1.00 אינץ' פרופיל מחורץ T - ארבעה חריצי T פתוחים – חתוך ל-12 אינץ' | 80/20 | 1010 | כמות: 6 |
| 1.00 אינץ' X 1.00 אינץ' פרופיל מחורץ T - ארבעה חריצי T פתוחים – חתוך ל-40 אינץ' | 80/20 | 1010 | כמות: 4 |
| 1.00 אינץ' X 1.00 אינץ' פרופיל מחורץ T - ארבעה חריצי T פתוחים – חתוך ל-14.75 אינץ' | 80/20 | 1010 | כמות: 12 |
| 1.00 אינץ' X 1.00 אינץ' פרופיל מחורץ T - ארבעה חריצי T פתוחים – חתוך ל 32 אינץ ' | 80/20 | 1010 | כמות: 5 |
| 1/4-20 אגוז T כלכלה כפול 80 | /20 | 3280 | כמות: 16 |
| 1/4-20 אגוז T-Economy משולש 80 | /20 | 3287 | כמות: 18 |
| 10 & 25 סדרה 2 חור - 18 מ"מ תושבת פינתית פנימית מחורצת עם תמיכה כפולה | 80/20 | 14061 | כמות: 6 |
| 10 סדרה 3 חורים - צלחת שטוחה ישרה | 80/20 | 4118 | כמות: 8 |
| 10 סדרה 5 חורים - צלחת שטוחה "L" | 80/20 | 4081 | כמות: 8 |
| 10 סדרה 5 חורים - צלחת שטוחה "T" | 80/20 | 4080 | כמות: 8 |
| 10 סדרה 5 חורים - צלחת שטוחה טי | 80/20 | 4140 | כמות: 2 |
| ציר הרמה סטנדרטי מסדרה 10 - מכלול יד ימין | 80/20 | 2064 | כמות: 2 |
| 10 עד 15 סדרה 2 חורים - מעבר לייט תושבת פינתית | פנימית 80/20 | 4509 | כמות: 6 |
| נורות צינור UV באורך 24 אינץ' | ADJ Products LLC | T8-F20BLB24 | כמות: 2 20W נורה– 24 אינץ' אורך גל: 365 ננומטר |
| גיליון מראה אקרילי | פלסטיק | כמות: 1 82.5 ס"מ x 26.5 ס"מ | |
| יריעת מראה אקרילית | פלסטיק | כמות: 2 26.5 ס"מ x 30.5 ס"מ | |
| יריעת מראה אקרילית | פלסטיק | כמות: 2 82.5 ס"מ x 30.5 ס"מ | |
| פוליקרבונט AR (עמידות בפני UV) | 80/20 | 65-2641 | כמות: 2 4.5 מ"מ עובי, שקוף, 38.5 ס"מ x 26.5 ס"מ |
| פוליקרבונט AR (עמידות בפני UV) | 80/20 | 65-2641 | כמות: 4 4.5 מ"מ עובי, שקוף, 38.5 ס"מ x 21.5 ס"מ |
| פוליקרבונט AR (עמידות בפני UV) | 80/20 | 65-2641 | כמות: 4 4.5 מ"מ עובי, שקוף, 26.5 ס"מ x 21.5 ס"מ |
| פוליקרבונט AR (עמידות בפני UV) | 80/20 | 65-2641 | כמות: 4 4.5 מ"מ עובי, שקוף 37.5 ס"מ x 23.9 ס"מ |
| פוליקרבונט AR (עמידות בפני UV) | 80/20 | 65-2641 | כמות: 4 4.5 מ"מ עובי, שקוף, 24.4 ס"מ x 23.9 ס"מ |
| נייר כרומטוגרפיה (נייר דק) | Thermo Fisher Scientific | 57144 | |
| נייר סופג קוסמוס (נייר עבה) | Blick Art Materials | 10422-1005 | |
| Excel | Microsoft Corporation | ||
| GraphPad Prism | GraphPad תוכנה | גרסה 9.4.0 | תוכנת גרפים וסטטיסטיקה |
| ImageJ FIJI | NIH | ||
| Parafilm | Merck | סרט שקוף | |
| Quick Time Player 10.5 תוכנה | נגן מולטימדיה | של אפל | |
| מרגל | אבטחה בן תוכנה | תוכנת מעקב וידאו מערכת | |
| סטנדרט קצה אטב, 1/4-20 | 80/20 | 3381 | כמות: 80 |
| UV משדר אקריליק | Spartech | Polycast Solacryl SUVT | כמות: 2 38.5 ס"מ x 26.5 ס"מ |
| ג'ל מים: הידרוג'ל | ClearH2O | 70-01-5022 | (https://www.clearh2o.com/product/hydrogel/) |
| מצלמת אינטרנט | Logitech | C930e | כמות: 4 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.