שיטה חדשנית לייצור מכשירים מיקרופלואידיים באמצעות למינציה של פוליאתילן טרפתלט (PET) מפחיתה משמעותית את העלות והמורכבות של לכידה והדמיה של עוברי דג זברה חיים מרובים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
שיטה חדשנית לייצור מכשירים מיקרופלואידיים באמצעות למינציה של פוליאתילן טרפתלט (PET) מפחיתה משמעותית את העלות והמורכבות של לכידה והדמיה של עוברי דג זברה חיים מרובים.
עוברי דג הזברה שקופים ולכן מתאימים באופן ייחודי להדמיה תוך-חיונית לא פולשנית של תהליכים בסיסיים, כגון ריפוי פצעים ונדידת תאי חיסון. מכשירים מיקרופלואידיים משמשים ללכידה כדי לתמוך בהדמיה ארוכת טווח של אורגניזמים רב-תאיים, כולל דג זברה. עם זאת, ייצור מכשירים אלה באמצעות ליתוגרפיה רכה דורש מתקנים מיוחדים ומיומנות בהדפסת תלת מימד, שאולי לא תהיה נגישה לכל מעבדה. ההתאמה שלנו לשיטת למינציה פוליאתילן טרפתלט בעלות נמוכה שפותחה בעבר לבניית התקנים מיקרופלואידיים מגדילה את הנגישות על ידי מתן אפשרות לייצור ואיטרציה של עיצוב עבור חלק מההשקעה הטכנית של טכניקות קונבנציונליות. אנו משתמשים במכשיר המיוצר בשיטה זו, העוזר הסיבובי להדמיית דניו של ריפוי עוקב (RADISH), כדי להתאים לטיפול תרופתי, פציעה ידנית והדמיה ארוכת טווח של עד ארבעה עוברים באותו שדה ראייה. עם עיצוב חדש זה, אנו לוכדים בהצלחה מאפיינים מורפולוגיים גסים של אות הסידן סביב אבלציה בלייזר ופצעי חתך ידני עבור עוברים מרובים בשעתיים מיד לאחר הפציעה, כמו גם גיוס נויטרופילים לקצה הפצע למשך 24 שעות.
היכולת להגיב כראוי לפציעה היא קריטית להישרדותו של כל אורגניזם בכל קנה מידה, מתא בודד ועד לרקמות מרובות. פציעה והתגובות הנלוות אליה, כגון גיוס פגוציטים לאזורים פגועים1 הם, אם כן, נושאים משמעותיים בביולוגיה של התא והרקמות. פצעים מורגשים מיד לאחר פריצת מחסום הרקמה, וגורמים לתגובת שיפוע רקמה הכוללת התכווצות פצע 2,3 המתאמת את ריפוי הפצע וצמיחה מחדש לאחר מכן4. בשל האופי המכני של התכווצות זו, אסור לכלים המשמשים במהלך ניסויים לעכב פיזית את תנועת התאים ליד אתר הפגיעה.
עוברי דג הזברה הם מודל מצוין לחקר התפתחות ומחלות, כולל תגובת פצעי החולייתנים, בשל קלות הטיפול שלהם, יכולת המעקב הגנטית והשקיפות האופטיתשלהם 5,6. עם זאת, יש צורך בשיתוק האורגניזם כולו לתקופה ממושכת כדי לחקור את ההתנהגות ארוכת הטווח של תאים ליד אתר פציעה. הטמעת עוברים באגרוז נמס נמוך מספיקה להדמיה לטווח קצר של רקמה לא פצועה. עם זאת, מטריצת הג'ל שמסביב מגבילה את ההתכווצות וההרפיה של הפצעים ומעכבת את צמיחת העוברים המתפתחים לאורך זמן 7,8,9.
מכשירי מיקרופלואידיקה יכולים לשתק עוברי דג זברה בשלבי התפתחות שונים 10,11,12,13,14,15,16, וחלקם, כגון zWEDGI 7, מתאימים לפציעה ידנית. עם זאת, ישנם מספר חסרונות לתכני התקנים זמינים. לדוגמה, מכשירים רבים המודפסים ישירות על פלסטיק אינם תואמים להדמיה במערכות מיקרוסקופ הפוך בגלל שקיפות אופטית ירודה. יתר על כן, ערוצים מקבילים מאפשרים הדמיה רב-מיקומית10,11, אך התנועה הפיזית של שלב המיקרוסקופ מציגה פיגור ברכישת התמונה. איטרציה ואופטימיזציה חוזרות ונשנות כדי לפתור בעיות אלה קשות כאשר בוחנים את ההשקעה הכספית והטכנית הנדרשת עבור כל עיצוב חדש, במיוחד עבור השיטות הנוכחיות בתקן הזהב לייצור מכשירים באמצעות ליתוגרפיה רכה של פולידימתילסילוקסן (PDMS). השלב הראשון, יצירת תבנית מאסטר, דורש לרוב ידע בתוכנת מידול תלת מימד, גישה לציוד ייצור מיוחד, ו(בהתאם לחומר המשמש) טיפול נוסף נגד הידבקות כגון סילאניזציה לפני השימוש בתבנית. ריפוי ה-PDMS לאחר שנשפך לוקח לפחות שעה בטמפרטורות גבוהות, ובדרך כלל, חייב להיעשות תחת ואקום או עם מהדק לקבלת התוצאות הטובות ביותר, לרוב בחדר נקי 7,17,18. כמו בביולוגיה התפתחותית, עלויות אלה יכולות להתגלות במהירות כאוסרות עבור ניסויים הדורשים סביבות מיקרופלואידיות ייחודיות רבות על פני מספר מודלים.
מבין חומרי הבנייה החלופיים הזמינים, פוליאתילן טרפתלט (PET) הוא עמיד, לא רעיל וקל למניפולציה. יריעות PET הן שקיות למינציה מפלסטיק הזמינות באופן נרחב הנישאות ברוב חנויות הציוד המשרדי, עם דבק מופעל תרמית (בדרך כלל אתילן ויניל אצטט). על ידי עיצוב יריעות PET אלה באמצעות חותכי מלאכה זמינים מסחרית (כלומר, פלוטרים לחיתוך מבוקרים על ידי מחשב המיועדים לבעלי מלאכה ביתית) והדבקת השכבות זו לזו באמצעות ציוד למינציה תרמית סטנדרטי, ניתן ליצור ולחזור במהירות על מגוון רחב של עיצובים פוטנציאליים. לכן אימצנו שיטת תכנון ובנייה שתוארה קודם לכן הכוללת PET18 מוערם כדי ליצור את ה-Rotational Assistant עבור Danio Imaging של Subsequent Healing (RADISH) (איור 1A,B). סידור סיבובי של מספר תעלות ריסון בצורת טריז מייעל את הקרבה תוך מתן מקום לחתך ידני של סנפיר הזנב, מאפשר הדמיה מיד לאחר הפציעה והדמיה סימולטנית לטווח ארוך של עוברי דג זברה פצועים מרובים באותו שדה ראייה. בנוסף, שיטת בנייה זו מפחיתה באופן דרסטי את עלויות ההון מראש ואת הזמן הנדרש לבניית מכשירים תוך שמירה על שימוש חוזר.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מחקר זה השתמש בעוברים 3 ימים לאחר ההפריה (dpf) אך ניתן לתכנן אותו לשימוש בעוברים של 2-14 dpf. ניסוי דג הזברה נערך בסטנדרטים בינלאומיים מקובלים. פרוטוקול הטיפול והשימוש בבעלי חיים אושר על ידי הוועדה לטיפול ושימוש בבעלי חיים של פרדו (PACUC), תוך הקפדה על ההנחיות לשימוש בדגי הזברה בתוכנית המחקר הפנימי של ה-NIH (מספר פרוטוקול: 1401001018).
1. הרכבת מכשיר המיקרופלואידיקה PET
הערה: ניתן להשהות כל חלק בפרוטוקול זה בכל עת למעט שלבים 1.8 ו-1.9, הרגישים לזמן הייבוש של ציאנואקרילט.
2. מיקום העוברים בתוך הצנון והכנה להדמיה
3. הדמיה של מעברי סידן לאחר פציעה
הערה: סעיף זה וסעיף 4 הם אופציונליים ומסופקים כניסויים מדגמיים פוטנציאליים.
4. הדמיה של גיוס נויטרופילים לאחר פציעה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
להשוואה של איכות התמונה המופקת על ידי סריקת לייזר קונפוקלית עם ובלי סיוע של ה-RADISH, עוברים המבטאים את חיישן הסידן הביולוגי האינטנסיומטרי GCaMP6f22,24 בשכבת האפיתל החיצונית נצבעו באמצעות MemGlow 560 וצולמו עם סריקת לייזר קונפוקלית הפוכה המכסה את כל עובי קפל סנפיר הזנב במרווח זמן של דקה אחת למסגרת (וידאו 2). ללא ההתקן (איור 3A), הדגימות נסחפו באופן משמעותי והציגו חפצי פסים, כתוצאה מהגבלת מחסנית ה-Z ל-25 פרוסות כדי לה...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הנחת היסוד של שיטת הלמינציה PET כוללת הפחתת עלויות ומזעור חסמי כניסה טכניים בהשוואה לאמצעים מסורתיים ליצירת התקנים מיקרופלואידיים, כגון ליתוגרפיה רכה או יציקת PDMS. ככזה, השלבים הקריטיים היחידים בפרוטוקול זה הם יישור מדויק של שכבות PET במהלך למינציה ואיטום של קצוות ההתקן לאחר הבנייה. ניתן לשנות את כל שאר חלקי השיטה בהתאם לצרכי הניסוי (למשל, אם נדרש קיבוע של עוברים צעירים או מבוגרים, ניתן להתאים את עובי שכבות ה-PET כדי לצמצם או להרחיב את התעלה בהתאם). ניתן ליצור עיצובים בכל צורה ולמינציה ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי אינטרסים לחשוף.
העבודה נתמכה על ידי מימון מחקר מהמכונים הלאומיים לבריאות (R35GM119787 ל-QD). עבודה זו מבוססת על מאמצים הנתמכים על ידי מכון EMBRIO, חוזה NSF #2120200, מכון אינטגרציה לביולוגיה של הקרן הלאומית למדע (NSF). הדמיה קונפוקלית בוצעה במתקן ההדמיה של פרדו. אנו מודים לד"ר גואנגג'ון ז'אנג (אוניברסיטת פרדו) על אספקת קו Tg(UAS:GCaMP6f). אנו מודים לד"ר דיוויד טובין (אוניברסיטת דיוק) על אספקת קו (cdh1-tdtomato)xt18.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| כיסוי זכוכית עגולה בקוטר 25 מ"מ #1 עובי | Chemglass Life Sciences | CLS-1760-025 | חומר הרכבה בסיסי. העובי נבחר על פי המפרט של עדשת המיקרוסקופ. |
| Adobe Illustrator v28.5 | Adobe | N/A | Vector editor לעיצוב תבנית ההתקן. |
| סידן כלוריד דיהידראט | פישר | C79 | להכנת E3 בינוני. |
| עיצוב קבצי PNG (מראה מקוונת) | N/A | N/A | br/> https://i.ibb.co/FDpQYXc/multipositionalv7-2.png https://i.ibb.co/5TG4SB6/multipositionalv7-3.png |
| Design Space for Desktop v8.39 | Cricut | N/A | תוכנה קניינית להנעת חותך המלאכה. |
| פיוז'ן פלוס 7000L | GBC | 1703098 | למינציה תרמית. דגם ספציפי זה נבחר עבור תכונות איכות חיים, כגון גודל מרבי של ערימת גיליונות. |
| להב פרימיום קרביד גרמני | Cricut | 10396595 | להב חלופי לחותך מלאכה. |
| סט כלים בסיסי אפור | Cricut | 10307854 | סט כלים לניכוש חתכים, ניקוי מחצלות והרכבת יריעות PET. אופציונלי. |
| מגנזיום כלוריד הקסהידרט | אקרוס אורגני | 223211000 | להכנת מדיום E3. |
| יצרן 3 | Cricut | 10669040 | חותך מלאכה. ה-Cricut Maker 3 נבחר על פני ה-Silhouette Cameo 4 עבור ידידותיות למשתמש בתוכנה, אך כל חותך מלאכה המסוגל לקרוא תמונות בשחור-לבן יעבוד. |
| MemGlow 560 | Cytoskeleton | MG02-10 | צבע תאים חיים אדומים לקרומי תאים. אין צורך בכביסה. בשימוש באיור 3. |
| מס' 22 להב אזמל פחמן | עיצוב כירורגי | 22-079-697 | להב אזמל להתאמות חיתוך ידניות. כל סכין יצירה דומה (למשל, סכין X-acto #2) תעבוד גם כן. |
| אשלגן כלורי | פישר | BP366 | להכנת E3 בינוני. |
| נתרן כלורי | פישר | BP358 | להכנת E3 בינוני. |
| מחצלת חיתוך דבק StandardGrip | Cricut | 10138842 | מחצלת הרכבה לחותך מלאכה. שטיח החיתוך LightGrip יעבוד גם הוא, אך הימנע מחצלות החיתוך StrongGrip ו-FabricGrip מכיוון שחוזק הדבק עלול לעוות את החיתוך הסופי במהלך העשבים וההסרה. דבק על מחצלות יתבלה בסופו של דבר עם המשך השימוש; החלף מחצלות לפי הצורך. |
| סרט נייר מכתבים 12 מ"מ | מעדנייה | 30014 | קלטת משרדית. מותג המעדנייה נבחר באמצעות בדיקות כדי להקל על ההסרה לאחר למינציה. |
| דבק סופר, דבק לוקטיט נוזלי | 1364076 | דבק ציאנואקרילט. דבק <חזק> המשמש חייב להיות נוזלי. ניסוחים של ג'ל לא יאטמו מספיק או עמידים למים את קצוות המכשיר. | |
| שקיות למינציה תרמיות PET, | 3 מיל סקוץ' | TP3854 | עם דבק תרמי. הסדינים מגיעים כזוגות סנדוויץ' ויש להפריד אותם לפני השימוש. חותכים כשצד הדבק פונה כלפי מטה. |
| שקיות למינציה תרמיות PET, | סקוטש | TP5854 | עם דבק תרמי. הסדינים מגיעים כזוגות סנדוויץ' ויש להפריד אותם לפני השימוש. חותכים כשצד הדבק פונה כלפי מטה. |
| טריקאין (MS-222) | סינדל | IC10310680 | הרדמה לדגים. |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.