הבנת האופן שבו אותות דלקתיים מעצבים את ההתפתחות הנוירולוגית המוקדמת חיונית לניתוח המנגנונים הבסיסיים של הפרעות נוירו-התפתחותיות, במיוחד בהקשרים רגישים גנטית. המטרה העיקרית של פרוטוקול זה היא לספק גישה מדויקת וניתנת לשחזור להשראת איתות דלקתי מערכתית בזחלי דג זברה באמצעות הזרקה ישירה של אינטרלוקין-6 (IL-6) לתעלה של קובייה (הווריד הקרדינלי הנפוצ).
קומפלקס טרשת שחפת (TSC) מדגים אינטראקציות גנטיות-סביבה כאלה. TSC היא הפרעה גנטית נדירה הנגרמת על ידי מוטציות ב-TSC1 או TSC2, אשר מקודדות חמרטין וטוברין, בהתאמה, חלבונים היוצרים קומפלקס שמדכא בדרך כלל את איתות mTORC1. אובדן עיכוב זה מוביל להיפראקטיבציה של מסלול mTORC1, מה שמוביל לצמיחה לא תקינה של תאים ולמגוון רחב של ביטויים קליניים, כולל הפרעת ספקטרום האוטיזם (ASD)1,2. ההערכה היא ש-ASD משפיע על ~1.5% מהאנשים עם אבחנה ממוצעת של ~3 שניםבמדינות מפותחות. ASD מאופיין בהתנהגויות חזרתיות, פגיעה באינטראקציות חברתיות וגמישות קוגניטיבית מופחתת4, ומטופלים לעיתים קרובות מתמודדים עם אתגרים נוירו-התנהגותיים נוספים כמו חרדה, דיכאון או מוגבלות שכלית3. ראוי לציין כי 40%-60% מהאנשים עם TSC מציגים תכונות הקשורות ל-ASD2, אך חומרת התסמינים משתנה מאוד – אפילו בקרב מטופלים עם מוטציות דומות – מה שמרמז שגורמים סביבתיים מווסתים את הסיכון הגנטי.
אחד הגורמים הללו הוא דלקת. למרות שהאטיולוגיה של ASD נותרה ברובה לא ידועה, דלקת עצבית באזורים שונים במוחנחשבת מזה זמן רב. עדויות פרה-קליניות וקליניות הולכות ורבות מצביעות על כך שדלקת עצבית עוברית המופעלת על ידי הפעלת מערכת החיסון האימהי (MIA) והעלייה באיתות הציטוקינים עשויות לתרום משמעותית לפתוגנזה של ASD6. לכן, מידול חשיפה לציטוקינים דלקתיים במערכות רגישות גנטית, כמו TSC, מספק מסגרת עוצמתית לבחינת האופן שבו אותות חיסון מצטלבים עם ויסות mTORC1 מופרע כדי להשפיע על התפתחות המוח המוקדמת.
ההיגיון בפיתוח פרוטוקול זה נובע מההכרה הגוברת בכך שדלקת המתווכת על ידי ציטוקינים, כולל איתות IL-6, יכולה לקיים אינטראקציה עם פגיעויות גנטיות ולהשפיע על מסלולי נוירו-התפתחות. ציטוקינים הם גליקופרוטאינים בעלי משקל מולקולי נמוך שמתאמים תקשורת בתוך מערכת החיסון. ב-ASD, מספר מחקרים דיווחו בעקביות על רמות גבוהות של ציטוקינים פרו-דלקתיים, כולל IL-6 בדם ההיקפי 7,8,9,10, התומכים בהשערה כי חוסר ויסות של איתות IL-6 עשוי לתרום לתכונות נוירו-התפתחותיות והתנהגותיות האופייניות להפרעה. IL-6 הוא מתווך מרכזי להפעלת מערכת החיסון הנוצרת על ידי סוגי תאי מערכת חיסון מגוונים בתגובה לזיהום או נזק לרקמות. מכיוון ש-IL-6 יכול לחצות את מחסום הדם-מוח ולהשפיע ישירות על נוירונים, אסטרוציטים ומיקרוגליה, העלאה מתמשכת של ציטוקין זה מעורבת בשינוי מסלולי נוירו-התפתחות, פלסטיות סינפטית והומאוסטזיס נוירואימוני – מנגנונים שנחקרים יותר ויותר בפתופיזיולוגיה של ASD11,12. קשרים אלו מתחזקים עוד יותר על ידי מחקרי MIA, שבהם רמות IL-6 גבוהות של האם במהלך ההריון משבשות את התפתחות המוח העוברי ומגבירה את הסיכון הקשור לאוטיזם13. עם זאת, המודלים הקיימים של החולייתנים לעיתים קרובות מסתמכים על גירוי חיסוני מערכתי דרך מולקולות הקשורות לפתוגנים או פרדיגמות חשיפה אימהיות, שיכולות להכניס שונות, להפעיל מסלולי חיסון מרובים בו-זמנית ולהגביל את היכולת לבודד את התרומה הספציפית של IL-6. הזרקת מיקרו-IL-6 ישירה בדגי זברה מתגברת על מגבלות אלו על ידי מתן מניפולציה ממוקדת של ציטוקין יחיד בתוך אורגניזם שקוף ונגיש גנטית.
לדגי זברה יש מספר יתרונות לחקר השפעות התפתחותיות מונעות ציטוקינים. השקיפות האופטית שלהם מאפשרת הדמיה בזמן אמת של תגובות חיסוניות ועצביות; הפיתוח המהיר שלהם מאפשר ניסויים בקצב גבוה; ומסלולי איתות הציטוקינים השמורים שלהם הופכים אותם למודל חולייתני חזק לפירוק מנגנוני דלקת 14,15,16,17,18. במחקרים ניסיוניים, יש צורך להעביר חומרים חיצוניים (חיידקים, תאי סרטן, DNA, ננו-חלקיקים וכו') לזחלי דגי הזברה. גישה אחת כוללת חשיפת הזחלים לתמיסה המכילה את החומר הרלוונטי, מה שמאפשר ספיגה פסיבית דרך העור, הזימים או מערכת העיכול. השיטה השנייה והישירה יותר היא מיקרואינקציה, שבה חומרים חיצוניים מועברים לתאים עובריים או זחלים מסוימים באמצעות מחטים זכוכית דקות 19,20,21. חשוב לציין כי הזרקה מיקרוסקופית לתעלה של קובייה מספקת מסלול אמין להעברה מערכתית, ומבטיחה הפצה מהירה של IL-6 לאורך כל המחזור ללא ההשפעות המבלבלות של גירוי חיסוני של כל האורגניזם.
בפרוטוקול זה, אנו מציגים הליך שלב אחר שלב, מהכנת מזרקי הזרקה ועד להזרקות IL-6 לזרם הדם דרך צינור הקובייה של זחלי דג הזברה ב-2 ו-3 ימים לאחר ההפריה (DPF). שיטה זו שימושית במיוחד לחוקרים החוקרים כיצד רמזים דלקתיים ספציפיים משפיעים על תהליכי התפתחות מוקדמים, אינטראקציות בין גנים לסביבה במודלים של הפרעות נוירו-התפתחותיות או חיסוניות, ההשלכות התאיות והמולקולריות של חשיפה לציטוקינים ב-vivo, או על האינטראקציה בין מוטציות גנטיות למסלולי איתות דלקתיים. באמצעות גישה מבוקרת, ספציפית לציטוקין ומדויקת התפתחותית, פרוטוקול זה מספק פלטפורמה גמישה לחקירת המנגנונים שבאמצעותם IL-6 ואותות חיסוניים נלווים מעצבים תוצאות חיסוניות, עצביות והתנהגותיות מוקדמות.