Comprendere le strutture fisiologiche e anatomiche uniche dei polpi può avere un grande impatto sulla ricerca biomedica. Questa guida dimostra come creare e mantenere un ambiente marino per ospitare questa specie e include approcci di imaging e analisi all'avanguardia per visualizzare l'anatomia e la funzione del sistema nervoso del polpo.
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Articolo metodologico
Creazione di un ecosistema di polpi per la ricerca biomedica e bioingegneria
In questo articolo
Sommario
Abstract
Molti sviluppi nella ricerca biomedica sono stati ispirati dalla scoperta di meccanismi anatomici e cellulari che supportano funzioni specifiche in diverse specie. Il polpo è uno di questi animali eccezionali che ha dato agli scienziati nuove intuizioni nei campi delle neuroscienze, della robotica, della medicina rigenerativa e delle protesi. La ricerca con questa specie di cefalopodi richiede la creazione di strutture complesse e cure intensive sia per il polpo che per il suo ecosistema, che è fondamentale per il successo del progetto. Questo sistema richiede più sistemi di filtraggio meccanici e biologici per fornire un ambiente sicuro e pulito per l'animale. Insieme al sistema di controllo, sono necessarie una manutenzione e una pulizia di routine specializzate per mantenere efficacemente la struttura operativa a lungo termine. Si consiglia di fornire un ambiente arricchito a questi animali intelligenti cambiando il paesaggio del serbatoio, incorporando una varietà di prede e introducendo compiti impegnativi per loro da affrontare. I nostri risultati includono la risonanza magnetica e un imaging a autofluorescenza di tutto il corpo, nonché studi comportamentali per comprendere meglio il loro sistema nervoso. I polpi possiedono una fisiologia unica che può avere un impatto su molte aree della ricerca biomedica. Fornire loro un ecosistema sostenibile è il primo passo cruciale per scoprire le loro capacità distinte.
Introduzione
I nuovi concetti nella ricerca biomedica e nell'ingegneria biomedica sono spesso ispirati dall'identificazione di strategie specifiche che le specie biologiche possiedono per affrontare le condizioni e le sfide ambientali e fisiologiche. Ad esempio, la comprensione delle proprietà di fluorescenza nelle lucciole ha portato allo sviluppo di nuovi sensori fluorescenti in grado di segnalare l'attività cellulare in altri organismi modello1; l'identificazione dei canali ionici attivati dalla luce nelle alghe ha portato allo sviluppo di neuromodulazione cellulare e temporale specifica basata sulla luce2,3,4,5;
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Protocollo
Tutti gli studi sugli animali sono stati approvati dall'Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) della Michigan State University.
1. Configurazione dell'attrezzatura del serbatoio del polpo
- In primo luogo, ottenere tutti i materiali non biologici per un acquario che saranno incorporati nel sistema ambientale marino, come mostrato nella Tabella dei materiali. Le dimensioni sono fornite in pollici.
- Lavare tutte le parti di tubi, tubazioni e sistemi di filtraggio con etanolo al 70% e acqua deionizzata (DI) prima dell'installazione. Non usare sapone o altri prodotti chimici durante la pulizia.
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Risultati
Tutti gli animali nei nostri studi sono stati ottenuti in natura, e quindi la loro età esatta non poteva essere determinata e la loro permanenza in laboratorio era variabile. La condizione del polpo è stata osservata quotidianamente. Non abbiamo visto parassiti, batteri, danni alla pelle o comportamenti anormali. Il peso medio degli animali era di 170,38 +/- 77,25 g. Ogni animale abitava il proprio serbatoio da 40 galloni. La deviazione standard media ± per i parametri registrati per un serbatoio nell'arco di una settima.......
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Discussione
Configurazione del sistema:
L'ecosistema dell'acquario è stato sviluppato in modo da impiegare metodi sia meccanici che biologici di filtraggio e ossigenazione dell'acqua. Gli elementi filtranti del sistema utilizzano filtri per calze, schiumatoi proteici e pulizia regolare per mantenere i livelli di azoto e ossigeno. Ancora più importante, ci affidiamo anche a microrganismi marini per consumare i pericolosi composti azotati e altri rifiuti biologici, nonché per aerare l'acqua attraverso processi di f.......
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Dichiarazioni
Tutti gli autori dichiarano nessun conflitto di interessi.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato supportato da NIH UF1NS115817 (G.P.). G.P. è parzialmente supportato dalle sovvenzioni NIH R01NS072171 e R01NS098231. Vorremmo ringraziare Patrick Zakrzewki e Mohammed Farhoud di Emit Imaging per l'aiuto e il supporto nella raccolta e visualizzazione dei dati sulla piattaforma di imaging Xerra. MSU ha un accordo di ricerca con Bruker Biospin.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 1-3/4 pollici Punta da trapano | Home Depot | 204074205 | Utensile per il taglio del vetro Numero di parte: 1 |
| sensore di flusso da 1" | Neptune Systems | Rivenditore locale Tubo | con sensore per misurare il flusso d'acqua Numero di parte: 2 |
| Filtro da paratia da 1" | Bulk Reef Supply | 207113 | Filtro per il serbatoio di uscita dell'acqua Numero di parte: 3 |
| serbatoi da 10 galloni | Rivenditore locale Preuss Pets | Serbatoio di contenimento del granchio Fiddler Numero di parte: 4 | |
| 4 pollici X 12 pollici 200 micron Nylon Monofiliment Mesh Calza filtrante con anello di plastica | Filtro UJ41171 AQUAMAXX | per materia organica di grandi dimensioni in sump Numero di parte: 5 | |
| acquario da 40 galloni | Preuss Pets | Rivenditore locale | 4 serbatoi per acquari di cibo Numero di parte: 6 |
| serbatoi in polietilene da 60 g - rettangolo | Preuss | Pets Rivenditore locale | 2 Stoccaggio dell'acqua (acqua salata e dolce) Numero di parte: 7 |
| Active Aqua 1/10th HP Hydroponic or Aquarium Chiller 2018 Model | WayWe | 719574198463 | Per il raffreddamento continuo dell'acqua Numero di parte: 8 |
| ALAZCO 2 Soft-Grip Grip Spazzola per fughe per piastrelle per impieghi gravosi | ALAZCO | B06W2FT5V5 Pulizia del serbatoio Numero di parte: 9 | |
| Kit per il test dell'ammoniaca | Aquarium Pharmaceuticals | 33D | Per il test dell'acqua Numero di parte: 10 |
| Sistema Apex WiFi | Neptune Systems | Rivenditore locale Connessione | al sistema per il monitoraggio fuori sede Numero di parte: 11 |
| Kit di test dell'acquario API | Amazon | B001EUE808 | Per il test dell'acqua Numero di parte: 12 |
| Kit di test del rame API | Amazon | B0006JDWH8 | Per il test dell'acqua Numero di parte: 13 |
| Unità della serie Aqua Ultraviolet Classic UV 25 Watt Aqua | Ultraviolet | A00028 | Per la rimozione dei batteri che lasciano il sistema di pozzetto Numero di parte: 14 |
| inserti filtranti in schiuma AquaClear 50, confezione da 3 | Aquaclear | A1394 | Numero di parte: 15 |
| filtri di alimentazione per acquari Aqueon QuietFlow LED PRO 30 | Aqueon | 100106082 | Numero di parte: 16 |
| Kit di rabbocco automatico (ATK) (ciascuno include 1 modulo FMM, 2 sensori ottici e 1 galleggiante) | Neptune Systems | Rivenditore locale | Per serbatoio d'acqua dolce Numero di parte: 17 |
| Rabbocco automatico da RODI (LLC) | Neptune Systems | Rivenditore locale | Dallo stoccaggio dell'acqua ai serbatoi di polpo Numero di parte: 18 |
| Lumaca Trochus fasciata | LiveAquaria | CN-112080 | Per contenitore per alghe Numero di parte: 19 |
| Alghe Chaetomorpha, | acquacoltura LiveAquaria | BVJ-76354 | Per alghe bin Numero di parte: 20 |
| Vongole - Live, guscio duro, Cherrystone, selvatico, USA Dozzina | di Fulton Fish Market | N/A Live | food Numero di parte: 21 |
| Classic Sea Salt Mix - Tropic Marin | Bulk Reef Supply | 211813 | Sale per acqua di vasca Numero di parte: 22 |
| Tubo in plastica morbida in PVC trasparente Masterkleer, per aria e acqua, 3/4" ID, Strumento | OD McMaster | 5233K71 | Numero di parte: 23 |
| Raschietto per alghe acriliche Continuum Aquablade-P con lama in plastica - Deposito marino da 15 pollici | 4C31001 | Strumento di pulizia Numero di parte: 24 | |
| Kit di test del rame | Aquarium Pharmaceuticals | 65L | Per test dell'acqua Numero di parte: 25 |
| Curve Refugium CREE LED Aquarium Light | Eshopps | 6500K | Algae bin light Codice prodotto: 26 |
| Pompe di ritorno Eheim 1262 | EHEIM | 1250219 Pompa per serbatoi di stoccaggio Codice articolo: 27 | |
| Eshopps R-100 Refugium Sump GEN 3 | Eshopps | 15000 | Sistema di pozzetto Codice prodotto: 28 |
| Alcool etilico, 200 Proof | Sigma-Aldrich | 64-17-5 | Anesthesia Numero di parte: 29 |
| Extech DO600 ExStik II Misuratore di ossigeno disciolto | Extech | DO600 | Misurazione dell'ossigeno Numero di parte: 30 |
| Granchi violinisti; vivi; dozzina | di GAMBERETTI IN SALAMOIA NORD-EST | N/A | Cibo vivo Numero di parte: 31 |
| cartucce filtranti | Aqueon | 100106087 | Filtri per serbatoi per alimenti Numero di parte: 32 |
| Florida Crushed Coral Dry Sand - CaribSea | Bulk Reef Supply | 212959 | Sedimento per il fondo del serbatoio Numero di parte: 33 |
| Modulo FMM | Neptune Systems | Rivenditore locale | Controller per sistema apex Numero di parte: 34 |
| Fritz-Zyme TurboStart 900 - Fritz | Bulk Reef Supply | 213036 | Bacteria start Numero di parte: 35 |
| Pompa per fusti azionata a mano, sifone, pompa di base con beccuccio, per secchio tipo contenitore, Secchio | Grainger | 38Y789 | Pompa manuale per acqua Numero di parte: 36 |
| Kit per il test del pH elevato | Aquarium Pharmaceuticals | 27 | Per il test dell'acqua Numero di parte: 37 |
| Rete a maglia fine per imbattitore per gamberetti | Petco | 2580993 | Rete per il trasferimento di gamberetti e pesci Numero di parte: 38 |
| Kit di rilevamento delle perdite (LDK) - Include il modulo FMM più 2 sensori ALD | Neptune Systems | Rivenditore locale | Posizionato sul pavimento per rilevare l'acqua Numero di parte: 39 |
| Lee'S Algae Scrubber Pad Jumbo - Deposito marino in vetro | LE12007 | Strumento di pulizia Numero di parte: 40 | |
| rocce vive | Preuss Pets | Rivenditore locale | Habitat per octopus Numero di parte: 41 |
| Spazzola per la pulizia della bottiglia lunga 17" Extra Long | Haomaomao | B07FS7J7PN | Pulizia del serbatoio Parte numero: 42 |
| Cloruro di magnesio | Sigma-Aldrich | M1028-100ML | Euthanasia Numero di parte: 43 |
| Rack per sonde magnetiche | Neptune Systems | Rivenditore locale | Per contenere sonde con sensore apicale Numero di parte: 44 |
| Gamberetti fantasma marini | NORTHEAST BRINE SHRIMP | N/A | Live food Numero di parte: 45 |
| Marineland C-Series Canister Carbon Bags Media filtrante, 2 conteggio | Chewy | 98331 | Per livelli elevati di rame Numero di parte: 46 |
| Nitra-Zorb Bag | Aquarium Pharmaceuticals | AP2213 | Assorbe i composti azotati Numero di parte: 47 |
| Kit per il test dei nitrati | Aquarium Pharmaceuticals | LR1800 | Per il test dell'acqua Numero di parte: 48 |
| Kit per il test dei nitriti | Aquarium Pharmaceuticals | 26 | Per il test dell'acqua Numero di parte: 49 |
| Pawfly 2 pollici Air Stones Cilindro 6 pezzi Bubble Diffuser Airstones per acquario Fish Tank Pump Blue | Amazon | B076S56XWX | Aerare l'acqua Numero parte: 50 |
| Penn Plax Airline Tubing per acquari - ndash; Chiaro e flessibile resiste all'attorcigliamento, 8 piedi Tubo standard | Amazon | B0002563MM | per il collegamento della pompa dell'aria alla pietra porosa Numero di parte: 51 |
| Impianto idraulico con raccordi/valvole più tubo flessibile da 3/4" | Preuss Pets | Rivenditore locale | Trasporto dell'acqua Numero di parte: 52 |
| Modulo PM1 | Neptune Systems | Rivenditore locale | di controllo dell'alimentazione per apex Numero di parte: 53 |
| Proteina skimmer | Reef Octopus | AC20284 | Rimuove i rifiuti organici dal sistema Numero di parte: 54 |
| PVC Apex Scheda di montaggio, occhielli, supporti su filo | Neptune Systems | Rivenditore locale | Aiuta a garantire l'organizzazione di cavi e tubi all'interno del system Numero di parte: 55 |
| PVC Regular Cement e 4-Ounce NSF Purple Primer | Amazon | Oatey - 30246 | Per il collegamento di tubi in PVC Numero di parte: 56 |
| Unità RODI | Neptune Systems | Rivenditore locale | RO Water Numero di parte: 57 |
| Sonde di salinità Sonde | HANNA | HI98319 | Misura la salinità dell'acqua Numero di parte: 58 |
| Seachem Trattamento dell'acquario incontaminato | Seachem | 1438 | Fornisce batteri che abbattono il cibo in eccesso, i rifiuti e i detriti Numero di parte: 59 |
| Seachem Stability Fish Tank Stabilizer | Seachem | 116012607 | Seachem Stability stabilirà rapidamente e in sicurezza il biofiltro dell'acquario nei sistemi d'acqua dolce e marina Numero di parte: 60 |
| Set di tappi in lexan | Preuss Pets | Rivenditore locale | Coperchi per serbatoi per acquari Numero di parte: 61 |
| Set di vari cavi aquabus di lunghezza estesa | Neptune Systems | Cavi | per il sistema Apex Numero di parte: 62 |
| SLSON Aquarium Algae Scraper Spugna a doppia faccia Spazzola Cleaner Manico lungo Fish Tank Scrubber per acquari in vetro | B07DC2TZCJ | Strumento di pulizia Numero di parte: 63 | |
| Raccordo per tubo in PVC a parete standard per acqua, adattatore a gomito a 45 gradi, presa da 3/4 femmina x presa da 3/4 maschio | McMaster | 4880K189 | tubo in PVC Numero di parte: 64 |
| Standard-Parete Raccordo per tubi in PVC per acqua, 90 gradi Gomito Adattatore, 1 presa femmina x 1 presa maschio | McMaster | 4880K773 | tubo in PVC Numero parte: 65 |
| Standard-Wall Raccordo per tubi in PVC per acqua, adattatore, 1 Presa di corrente Femmina x 1 maschio spinato | McMaster | 4880K415 | tubo in PVC Numero parte: 66 |
| Standard-Wall Raccordo per tubi in PVC per acqua, dritto Riduttore, 2 Presa Femmina x 3/4 Presa femmina | McMaster | 4880K008 | tubo in PVC Numero parte:67 |
| Standard-Wall Raccordo per tubi in PVC per acqua, connettore a T, Bianco, 1 Taglia Presa di corrente Tubo femmina | in PVC McMaster | 4880K43 | Numero parte: 68 |
| Standard-Wall Tubo rigido in PVC non filettato per acqua, 1 tubo, 10 piedi di lunghezza | in PVC McMaster | 48925K13 | Numero del pezzo: 69 |
| Tubo in PVC rigido non filettato a parete standard per l'acqua, 3/4 del tubo, 5 piedi di lunghezza | McMaster | 48925K92 | Numero del pezzo: 70 |
| Foglio strutturale in fibra di vetro FRP, 48" di larghezza x 96" di lunghezza, 1/2" di spessore | McMaster | 8537K15 | Materiale del piano del tavolo Numero di parte: 71 |
| Tubo quadrato strutturale in fibra di vetro FRP, 10 piedi di lunghezza, 2" di larghezza x 2" di altezza all'esterno, 1/8" di spessore della parete | McMaster | 8548K33 | Materiale del tavolo strutturale Numero di parte: 72 |
| Serbatoio Sedimento | TopDawg Pet Supply | 8479001207 | Sedimento per il fondo del serbatoio del granchio violinista Numero di parte: 73 |
| Sonda di temperatura | Neptune Systems | Rivenditore locale | Sonda di temperatura per serbatoi Numero di parte: 74 |
| Tetra TetraMarine Large Saltwater Flakes per tutti i pesci marini | Amazon | B00025K0US | Mangime per pesci, gamberetti e granchi Numero di parte: 75 |
| Pompa ad aria per acquari Tetra Whisper per acquari da 10 galloni Pompa | Petco | 2335234 | per serbatoi più piccoli Numero di parte: 76 |
| tubi a parete spessa a parete passante, per acqua, connettore in PVC, 1 presa femmina | McMaster | 36895K843 | Tubo in PVC Numero di parte: 77 |
| Pompa Vectra s2 | Bulk Reef Supply | 212141 | Pompa per acquario Numero di parte: 78 |
| Pompa dell'acqua | TACKLIFE | GHWP1A | Pompa per la pulizia dei serbatoi Numero di parte: 79 |
| Wyze Cam v2 1080p HD Indoor WiFi Smart Home Camera con Visione notturna | Amazon | B076H3SRXG | DeepLabCut Recording Numero parte:80 |
Riferimenti
- Wet, J. R., Wood, K. V., DeLuca, M., Helinski, D. R., Subramani, S. Firefly luciferase gene: structure and expression in mammalian cells. Molecular and Cellular Biology. 7 (2), 725-737 (1987).
- Han, X., Boyden, E. S.
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Ristampe e permessi
