The Serial Anesthesia Array for the High-Throughput Investigation of Volatile Agents Using Drosophila melanogaster
February 24th, 2023
Il moscerino della frutta (Drosophila melanogaster) è ampiamente utilizzato per la ricerca biologica e tossicologica. Per espandere l'utilità delle mosche, abbiamo sviluppato uno strumento, l'array di anestesia seriale, che espone simultaneamente più campioni di mosca agli anestetici generali volatili (VGA), rendendo possibile studiare gli effetti collaterali (tossici e protettivi) dei VGA.
La SAA consente un'elaborazione ad alto rendimento per studiare la farmacologia degli agenti volatili in organismi modello invertebrati dotati di un cervello sofisticato e di un vasto repertorio di comportamenti. In combinazione con la cassetta degli attrezzi genetica disponibile in Drosophila melanogaster, questa tecnica consente di studiare la farmacogenetica degli agenti volatili in modo rapido ed economico. Molte persone sono esposte ad agenti volatili come inquinanti o agenti terapeutici.
Oltre all'anestesia, gli anestetici volatili hanno numerosi effetti collaterali tossici e benefici. Il grado di effetto è in parte determinato dalla genetica, che è rimasta in gran parte inesplorata. Dopo aver realizzato il telaio in legno, modificare i tappi del tubo cronaca da 50 millilitri praticando due fori in ciascun cappuccio con una punta da 9/32 pollici.
Carteggiare i fori per pulire la plastica lacera. Carteggiare anche la parte superiore del cappuccio per irruvidire la superficie. Quindi tagliare cinque pipette sierologiche da millilitri a misura incidendo la plastica e rompendola sulla linea segnata.
Carteggiare le estremità delle pipette tagliate o rotte. Successivamente, incollare la rete ai tubi e tagliare la rete alle dimensioni del tubo una volta che l'adesivo si asciuga. Inserire i tubi nei fori dei cappucci conici con entrambi i tubi che si estendono sopra il cappuccio.
Assicurarsi che il tubo di afflusso si estenda più a lungo nel tubo rispetto al deflusso. Applicare la colla sulla parte superiore dei tappi attorno ai tubi per fissare le parti insieme e lasciarle asciugare. Fissare le fascette dei cavi adesivi al telaio.
Fissare i cappucci al telaio usando fascette e tagliare le estremità della cravatta con cerniera corte. Tagliare e collegare la lunghezza del tubo tygon ai tubi di afflusso e deflusso su ciascun tappo modificato. Partendo dall'estremità a monte, collegare il tubo prima all'afflusso, quindi dal deflusso all'afflusso della posizione successiva.
Quindi, aggiungi un indicatore di flusso al maggior afflusso a valle. Metti un tubo conico da 50 millilitri nella prima posizione e segna il segno di riempimento dell'acqua. Rimuovere il tubo.
Riempilo con acqua sotto il tubo di afflusso e rimettilo in posizione. Preparare l'interfacciamento per il vaporizzatore. Rimuovere gli stantuffi, tagliare le tacche da due siringhe erogatrici da 10 millilitri e inserirle nell'afflusso e nel deflusso del vaporizzatore con le tacche rivolte direttamente verso la parte anteriore del vaporizzatore per allinearsi con i fori.
Collega l'intero sistema. Utilizzare tubi tygon per collegare il serbatoio del gas di trasporto con il regolatore, il misuratore di portata specifico del gas, il vaporizzatore e l'SAA. Riempi le posizioni vuote sull'array con tubi cronici vuoti da 50 millilitri.
Ora accendi il serbatoio del gas. Aprire il flussometro a due litri al minuto e accendere il vaporizzatore allo 0%Confermare il flusso di gas attraverso il sistema controllando il flussometro a monte del vaporizzatore e l'indicatore di flusso a valle dell'ultima camera del SAA per il flusso. In alternativa, inserire l'estremità del tubo a valle nell'acqua e cercare le bolle.
24 ore o più prima dell'esposizione anestetica ordinare le coorti di mosche secondo necessità per l'esperimento utilizzando il metodo preferito. Trasferire le mosche dalle fiale di cibo in tubi conici vuoti da 50 millilitri. Contare e registrare eventuali mosche morte prima dell'esposizione.
Smontare e avvitare tubi conici da 50 millilitri con mosche sul SAA. Accendere il gas di trasporto e impostarlo sulla portata desiderata. Impostare il vaporizzatore anestetico alla concentrazione desiderata ed esporre le mosche per la durata desiderata.
Al termine dell'esposizione lavare il sistema con il flusso di gas fresco a 1,5 litri al minuto per cinque minuti, corrispondente a circa 10 volumi del volume totale SAA. Aprire completamente il regolatore di alta pressione, quindi chiuderlo di mezzo giro per garantire il flusso di gas di trasporto. Seguire i tubi per ogni linea fino ai misuratori di portata e al vaporizzatore e controllare il livello di anestetico nei vaporizzatori.
Verificare che quando il gas fluisce, indica il flusso sul flussometro e sull'indicatore di flusso a valle. Alla fine dell'esperimento, lasciare quattro o cinque minuti di flusso d'aria per lavare l'anestetico. Sette linee isolate da una singola popolazione attraverso incontri a coppia singola hanno mostrato variazioni nella mortalità indotta dalla tossicità del fluoro iso a causa della pressione evolutiva nei moscerini ND23 60114.
I moscerini pre-condizionamento con 15 minuti di fluoro al 2% di iso prima della lesione cerebrale traumatica hanno ridotto l'indice di mortalità a 24 ore nei ceppi bianchi 1118 e gialli / bianchi. L'indice di mortalità a 24 ore non era significativamente più basso nelle linee R e Canton S precondizionate dell'Oregon. Durante il montaggio le tacche nelle siringhe modificate devono allinearsi con i fori delle porte del vaporizzatore.
Durante l'esposizione, controllare periodicamente che vi sia flusso attraverso il sistema. Questa procedura può essere seguita per un'ampia varietà di studi comportamentali, di sopravvivenza e molecolari che potrebbero portare a approfondimenti sulla farmacologia degli agenti volatili.
Panoramica
Il serial anesthesia array (SAA) è uno strumento innovativo progettato per l'elaborazione ad alto rendimento di Drosophila melanogaster per studiare la farmacologia degli anestetici generali volatili (VGA). Questo metodo permette ai ricercatori di esplorare sia gli effetti tossici che protettivi dei VGA sulle mosche della frutta, sfruttando la loro diversità genetica.
Componenti chiave dello studio
Area della scienza
- Neuroscienze
- Farmacologia
- Tossicologia
Sfondo
- Drosophila melanogaster è un organismo modello ampiamente utilizzato nella ricerca biologica.
- I VGA hanno vari effetti collaterali che sono influenzati dalla genetica.
- Il SAA facilita l'esposizione simultanea di più campioni a VGA.
- Comprendere gli effetti dei VGA può fornire informazioni sulle loro implicazioni terapeutiche e tossicologiche.
Obiettivo dello studio
- Sviluppare un metodo per l'indagine ad alto rendimento di VGA nelle mosche della frutta.
- Esplorare la base genetica delle risposte ai VGA.
- Valutare sia gli effetti tossici che protettivi dei VGA su Drosophila.
Metodi utilizzati
- Costruzione del SAA utilizzando tappi modificati di tubi cronologici da 50 millilitri e pipette sierologiche.
- Configurazione di un sistema di flusso di gas per fornire VGA ai campioni di mosche.
- Esposizione di Drosophila a VGA in condizioni controllate.
- Monitoraggio della mortalità delle mosche e delle risposte comportamentali dopo l'esposizione.
Risultati principali
- È stata osservata una variazione nella mortalità indotta dalla tossicità dell'iso fluorine tra diverse linee di mosche.
- Il pre-condizionamento con iso fluorine ha ridotto la mortalità in certi ceppi.
- Il metodo SAA permette test efficienti e riproducibili di VGA.
- Le intuizioni acquisite potrebbero portare a una migliore comprensione della farmacologia degli agenti volatili.
Conclusioni
- Il SAA è uno strumento efficace per studiare gli effetti dei VGA in Drosophila.
- I fattori genetici giocano un ruolo significativo nella risposta ai VGA.
- Questa ricerca potrebbe avere implicazioni per la comprensione degli effetti dei VGA in contesti biologici più ampi.
Domande frequenti
Executive Industry Relevance
The Serial Anesthesia Array (SAA) enables high-throughput, quantitative investigation of volatile general anesthetics (VGAs) in Drosophila, supporting rapid pharmacogenetic and mechanistic de-risking in early discovery. By allowing simultaneous, controlled exposure of multiple genotypes or biological variables, the SAA advances predictive confidence in target validation and portfolio triage for neuropharmacology and toxicology pipelines. This platform addresses the need for scalable, reproducible systems to interrogate genetic and environmental determinants of drug response.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables systematic interrogation of genetic determinants influencing VGA response in a controlled in vivo system.
- Supports mechanistic de-risking by clarifying pharmacodynamic and pharmacogenetic interactions across diverse fly models.
- Facilitates functional target validation through reproducible, parallelized exposure and outcome measurement.
- Improves predictive confidence for advancing neuroactive compound programs.
Screening & Assay Development
- Prepares validated, scalable biological systems for downstream compound screening and mechanistic studies.
- Standardizes exposure conditions and quantitative outputs across multiple cohorts and genotypes.
- Enables reproducible, high-throughput assessment of behavioral, survival, and molecular endpoints.
- Supports assay readiness for evaluating compound efficacy and toxicity in genetically tractable models.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical model systems with disease-relevant genetic and environmental variables.
- Provides continuity from early discovery through preclinical validation of neuropharmacological hypotheses.
- Enables risk-adjusted advancement decisions based on robust, comparative data across genotypes and conditions.
- Supports translational biomarker exploration in neuroinflammation and injury models.
Pipeline & Workflow Integration
The SAA integrates into the discovery continuum from early hypothesis testing and target validation through lead identification and preclinical model development.
- Discovery Biology: Supports hypothesis-driven testing of VGA effects and genetic modifiers in a scalable in vivo system.
- Screening: Delivers standardized, quantitative outputs for cross-cohort comparison and compound evaluation.
- Analytics: Enables statistical analysis of mortality, behavioral, and molecular endpoints to inform decision-making.
- Translational Research: Bridges discovery and preclinical phases by modeling disease-relevant genetic and injury variables.
- Enterprise Reuse: Provides a reusable, modular platform adaptable to diverse pharmacological and genetic studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in neuroactive compound development.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and throughput for pharmacogenetic and toxicological studies.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by enabling robust, comparative data generation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of neuropharmacology assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in Drosophila genetics, behavioral assays, and pharmacology.
- Needs access to vaporizer instrumentation, gas flow control, and analytical infrastructure for quantitative readouts.
- Demands cross-team standardization of exposure protocols and data analysis workflows.
- Adaptable to various genotypes, biological variables, and experimental endpoints.
- Practical limitations include scalability to other model organisms and translation to mammalian systems.
