פרוטוקול זה מפרט את השימוש בזחלי דרוזופילה לזיהוי תרכובות נוגדות פרכוסים ייחודיות לטיפול באפילפסיה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
פרוטוקול זה מפרט את השימוש בזחלי דרוזופילה לזיהוי תרכובות נוגדות פרכוסים ייחודיות לטיפול באפילפסיה.
אפילפסיה מהווה נטל בריאותי משמעותי שמחמיר על ידי מספר גבוה של אנשים עמידים לתרופות. בעוד שחלק מהמטופלים העמידים לתרופות מגיבים לטיפולים שאינם תרופתיים (למשל, גירוי עצב הנרתיק, דיאטה קטוגנית וכו'), המוצא האחרון עבור רבים הוא ניתוח מאתגר ויקר כדי לספק הקלה מהתקפים. בעוד שבדרך כלל מכירים בכך שנדרשות תרופות נגד פרכוסים עם מגוון רחב יותר של מטרות, המכשול בהשגת מטרה זו הוא זיהוי מטרות תרופתיות חדשות. חיות מודל הניתנות למעקב גנטי מציעות הבטחה בהקשר זה. זבוב הפירות, Drosophila melanogaster, הפך למודל רב עוצמה לחקירת הבסיס המכניסטי של התקפים וטיפולים טובים יותר בהם. מוטציות זבובים רבות שזוהו גורמות לזחלים ולמבוגרים להפגין פעילות דמוית התקף בתגובה לגירוי חזק (חשמלי, מכני ו/או תרמי). רבות מהמוטציות הללו הן בגנים הומולוגיים לאלה התורמים לאפילפסיה גנטית אנושית (למשל, ערוץ Na+ מגודר מתח). כעת ניתן גם להחליף גן זבוב במקבילו האנושי הנושא בנוסף מוטציה הקשורה למחלה. לפיכך, הזבוב הצנוע הפך לאווטאר למודל מחלות אנושיות. מחקר זה מתאר שיטה מתאימה לשימוש בזחלי דרוזופילה עבור מסכי תרופות בתפוקה נמוכה עד בינונית כדי לזהות תרכובות ייחודיות, ואת המטרות שלהן, בעלות פוטנציאל נגד פרכוסים.
אפילפסיה נותרה נטל בריאותי משמעותי, המשפיע על כ-1% מהאוכלוסייה ברחבי העולם. למרות שקיימות כיום למעלה מ-30 תרופות נגד פרכוסים (ASMs) לטיפול קליני, כשליש מהאנשים עם אפילפסיה נשארים עמידים לתרופות, כלומר הם אינם מגיבים היטבלטיפול תרופתי. התרופות הזמינות הן גם פליאטיביות בלבד, וככאלה, אינן מונעות אפילפטוגנזה, ואינן מספקות תרופה3. לפיכך, יש צורך קריטי לזהות טיפולים טובים יותר באפילפסיה. מחסום לפיתוח טיפולים יעילים יותר הוא זיהוי מטרות תרופתיות חדשות. ואכן, כמעט כל ה-ASMs הנוכחיים משפיעים על מטרות דומות: תעלות יונים, כולל תעלת הנתרן מגודרת המתח (Nav), והעברה עצבית מעכבת המתווכת על ידי חומצה γ-אמינו-בוטירית (GABA)4,5. מקובל כי המשך השימוש בשיטות מסורתיות לפיתוח תרופות לא צפוי לשנות תרחיש זה באופן קיצוני.
לחיות מודל מעבדה, כולל, אך לא רק, זבוב הפירות Drosophila melanogaster, ודג הזברה Danio rerio, יש תועלת לזיהוי ASMs חדשים 6,7,8. ואכן, חיפוש PubMed עבור 'דרוזופילה + התקף' מחזיר 342 תוצאות, בעוד שאותו חיפוש אחר דג הזברה מחזיר 578 תוצאות (שני החיפושים נערכו ב-29בינואר 2025). בעוד שמתגמד לעומת מספר המחקרים הדומים בעכברים (~15,000), מספר המחקרים המשתמשים במערכות מודל ממשיך לגדול. מחקרים אלה אפשריים בשל השימור המכניסטי של תפקוד מערכת העצבים המרכזית על פני פילה. יתר על כן, התקפים מושרים בזבובים ובדגים מטופלים ביעילות באמצעות ASMs בשימוש קליני, מה שמראה שבעוד שהניואנסים של התנהגות ההתקפים עשויים להיראות שונים כלפי חוץ, למנגנונים הבסיסיים יש הרבה במשותף 7,9,10.
זבוב הפירות, דרוזופילה, תרם תרומות מכוננות רבות להבנת הביולוגיה האנושית. ביחס לאפילפסיה, מערכת מודל זו מספקת ארגז כלים גנטי שאין שני לו בשילוב עם נוירונים ניתנים לזיהוי ונגישים לניסוי7. יתר על כן, החיבורים הן למערכת העצבים המרכזית של הזחל והן למערכת העצבים המרכזית הבוגרת פורסמו כעת, וזוהו קווי מניע גנטיים ספציפיים לתאיםרבים 11,12. באופן משמעותי, סוג של מוטציה זוהה באופן אקראי לפיו זבובים בוגרים מגיבים לגירוי מכני חזק על ידי אובדן יציבה ופעילות דמוית התקף (למשל, זמזום כנפיים, רעידות רגליים וכו'). סוג זה של מוטציות נקרא 'רגיש למפץ'13,14,15,16. מאז זוהתה סוג שני של מוטציה בהתקפים המגיבה לעלייה בטמפרטורה, המשקפת פרכוסי חום אנושיים17,18. עם זאת, יכולת המשיכה הניסיונית של זבובים בוגרים מופחתת במקצת בהשוואה לשלב הזחל של אותו מודל חרקים. לדוגמה, זה יכול להיות קשה להאכיל זבובים בוגרים באמצעות תרופות, וטכניקות פולשניות יותר כמו אלקטרופיזיולוגיה ואופטוגנטיקה יכולות להיות מאתגרות יותר. לעומת זאת, זחל הדרוזופילה אוכל כל הזמן כדי להגדיל את נפח גופו פי ~100 תוך 5 ימים בלבד כדי לאפשר התגלמות. לכן, אנו יכולים להיות בטוחים בהזנה תרופתית מספקת בשלבי הזחל. אמבריוגנזה מתועדת היטב וניתנת לבימוי מדויק, והיא זיהתה אבני דרך מרכזיות בהתפתחות מערכת העצבים המרכזית, כולל הרכישה הראשונה של תכונות חשמליות עצביות עד להיווצרות מעגלים19. לאחר הבקיעה, הזחל עובר 3 נמסים (או אינסטארים) עד שביום החמישי הוא הופך ל'נודד', ואז הוא עוזב את המזון כדי למצוא מקום בטוח להתגלם. אחרי ~100 שעות של התגלמות, זבוב בוגר מגיח עם גוף חדש ומערכת העצבים המרכזית (איור 1).
טכניקות לגרימת התקפים אצל מבוגרים אינן מתאימות היטב לשלבי הזחל. לזחלים חסרות שערות חושיות, שהפעלתן המסונכרנת במהלך גירוי מכני עלולה להוביל להתקף. לפיכך, כדי להתגבר על קשיים אלה, פותחה טכניקת הלם חשמלי כדי לגרום להתקפים בשלב הזחל הנודד. הניתוח ההשוואתי הבא של טכניקות אינדוקציה של התקפים הן בקרב זחלים והן בקרב מבוגרים מגלה כי הלם חשמלי של זחלים תלוי הרבה פחות בסוג המוטציה (למשל, רגישות למפץ לעומת טמפרטורה). לפיכך, אנו מציעים שטכניקה זו צריכה להיות השיטה המועדפת לבדיקת מוטציות חדשות שבהן שיטת השראת ההתקפים האופטימלית אינה ידועה20. טכניקת ההלם החשמלי של הזחלים היא פשוטה, מהירה ודורשת ציוד מינימלי. טכניקה זו מספקת אמצעי יעיל לסינון תרכובות חדשות, או טיפולים גנטיים, ליעילות נגד פרכוסים על פני מגוון מוטציות המשקפות את המגוון הגנטי של אפילפסיה אנושית.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במחקר זה נעשה שימוש בזבוב הפירות, Drosophila melanogaster. טכניקה זו מתאימה ביותר לזחלי כוכב שלישי נודדים (L3). פרוטוקול הניסוי פשוט יחסית אך דורש תרגול כדי לשכלל אותו. מניסיוננו, סטודנטים חדשים דורשים כשבועיים כדי לשלוט בבדיקה ולהפיק תועלת רבה מצפייה בחוקרים אחרים, מנוסים יותר, מבצעים את הבדיקה בזמן אמת באמצעות מיקרוסקופ דיסקציה המופעל על ידי מצלמה או דומה. הריאגנטים והציוד המשמשים במחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.
1. בחירת זחלים
2. הליך הלם חשמלי
3. בניית בדיקת הלם חשמלי
4. כיול בדיקה
5. ביצוע ניסויים
6. בדיקת סמים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מוטציות רבות של דרוזופילה מציגות התנהגות דמוית התקף מוגברת 7,20. הבסיס הגנטי של מוטציות אלה מגוון, מה שמחקה לטובה את הגורמים הגנטיים המגוונים באופן דומה לאפילפסיה אנושית. שלוש מהמוטציות הנחקרות ביותר בדרוזופילה הן parabangsenseless (parabss), התקף יוליוס (jus) ו-cal-shocked (eas). מוטציית parabss מביאה לעלייה בתפקוד של ערוץ Na+ משותק
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
שיטת ההלם החשמלי לגרימת התקף בזחלי דרוזופילה מספקת מסך פשוט אך יעיל לזיהוי תרכובות נוגדות פרכוסים חדשות או מניפולציות גנטיות. עם זאת, מכיוון שמדובר בבדיקה איכותית, המגבלה העיקרית שלה היא שהשיטה אינה יכולה לזהות בקלות גדלי אפקט קטנים. עם זאת, התפוקה הבינונית שהיא מאפשרת, המתאימה לסינון של עד ~5 תרכובות בשבוע, לכל חוקר, מספקת בדיקה חזקה מאוד של בעלי חיים שלמים. הפשטות של הטכניקה מתאימה גם לפרויקטי מעבדה ברמת תואר ראשון. לפיכך, 3-4 חוקרים יכולים לסנן תרכובות רבות בפרק זמן קצר יחסית...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים.
אנו מודים לאנשי המעבדה הרבים של ביינס שפיתחו במשותף את הטכניקה הזו במשך שנים רבות, ובמיוחד לריצ'רד מארלי, שהשקיע מאמצים רבים כדי להפוך את הטכניקה הזו לחזקה ואמינה. אנו מודים ל-Anna Munro על ציור הזחלים, שמוצג באיור 2. העבודה במעבדת ביינס שתרמה לפיתוח טכניקה זו נתמכה בנדיבות על ידי BBSRC, MRC וקרן וולקאם. עבודה זו נתמכת כיום על ידי מימון מפרס החוקר של Wellcome Trust ל-R.A.B. (מענק 217099/Z/19/Z). פיתוח טכניקה זו נהנה גם ממתקן הזבוב של מנצ'סטר, שהוקם באמצעות כספים מהאוניברסיטה וקרן וולקאם (מענק 087742/Z/08/Z).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מחזיק אלקטרודות | מכשירי דיוק עולמיים | M3301 | |
| נימי זכוכית | הרווארד אינסטרומנטס | GC100F-10 | |
| חוט טונגסטן (99.95%) | גודפלו קיימברידג', בריטניה | קוטר 0.1 מ"מ | |
| ממריץ מתח | דיגיטימר בע"מ, בריטניה | DS2A mkII | ממריץ מבודד במתח קבוע |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.