Het doel van dit protocol is voor het meten van de transittijd van fluorescently geëtiketteerde voedsel door de darm van larvale zebrafish in een hoge doorvoersnelheid mode.
Methodenartikel
Het doel van dit protocol is voor het meten van de transittijd van fluorescently geëtiketteerde voedsel door de darm van larvale zebrafish in een hoge doorvoersnelheid mode.
Zebravis worden gebruikt als alternatieve modelorganismen voor het testen van de veiligheid van de drug. Het maag-darmkanaal (GI) van de zebravis heeft genetische, neuronale en farmacologische overeenkomsten met die van de zoogdieren. GI intolerantie tijdens klinische testen van drugkandidaten is gebruikelijk en kan een ernstige bedreiging voor de menselijke gezondheid. GI-toxiciteitstests in preklinische zoogdieren modellen kunnen duur zijn in termen van tijd, teststof en arbeid. De methode van de high-throughput hier gepresenteerd kan worden gebruikt om te voorspellen GI veiligheidskwesties. Ten opzichte van zoogdieren modellen, zorgt deze methode voor meer doelmatige beoordeling van de samengestelde gevolgen test voor GI transit tijdens het gebruik van kleine hoeveelheden van stof. Bij deze methode wordt de larvale zebrafish (7 dagen post bevruchting) levensmiddelen die bevatten een fluorescerend label worden gevoed. Na het voederen van dieren, is elke larvale vissen geplaatst in een putje van een plaat met 96-conische-bodem-goed en gedoseerd met teststof (opgelost in water) of het voertuig. Gut doorvoer treedt op, ontlasting hoopt zich op de bodem van de putten en de prijs waartegen dit gebeurt wordt gecontroleerd door het meten van de fluorescentie van de bodem van de put herhaaldelijk in de tijd met behulp van een plaat spectrofotometer. De fluorescentie van larven in een groep gegeven behandeling zijn gemiddeld en deze waarden zijn opgenomen in een grafiek samen met de standaardfout, voor elke meting keer, een gemiddelde doorvoer van levensmiddelen die na verloop van tijd curve oplevert. Effecten op de darm transittijd worden geïdentificeerd door het oppervlak onder de kromme voor elke groep van de behandeling met die van de voertuig-testgroep vergelijken. Deze methode wijzigingen gedetecteerd in zebrafish GI transittijd geïnduceerd door drugs met bekende klinische GI effecten; het kan worden gebruikt om te ondervragen tientallen behandelingen voor GI effecten per dag. Als zodanig, kunnen veiliger stoffen worden snel geprioriteerd voor het testen van de zoogdieren, die ontdekking en bieden 3V vooruitgang versnelt.
Zebrafish (Danio rerio) worden gebruikt voor model gewervelde biologie en voorspellen van drug toxiciteit en/of werkzaamheid; nieuwe toepassingen in deze velden komen elk jaar. De voordelen van zebravis over zoogdieren modellen zijn hun vruchtbaarheid, kleine grootte en transparantie door middel van de organogenese. Zebravis worden gebruikt om te voorspellen drug kandidaat-acute toxiciteit, alsmede evalueren van samengestelde impact op orgaanfunctie, bijvoorbeeld cardiale, oogbeschadigingen en/of, gastro-intestinale (GI)1,2. Zebravis ontwikkeling en fysiologie zijn vergelijkbaar met die van zoogdieren in vele manieren3 en 80% van de genen die gekoppeld aan ziekten bij de mens zijn hebben een zebravis homolog4.
Het darmstelsel van de GI van zebravis heeft soortgelijke fysiologie aan de zoogdieren GI tractus maar heeft een eenvoudiger het platform5. Zebravis hebben geen maag; de voorste intestinale lamp fungeert als een voedsel-depot. Genexpressie in zebrafish darm heeft veel overeenkomsten met die van de zoogdier-5. Zoals zoogdieren, de darmen zenuwstelsel van zebravis besturingselementen de beweeglijkheid van de darm en intestinale innervatie arm komt overeen met die van andere gewervelde dieren6,7. Op basis van deze overeenkomsten, functiestoornissen van de menselijke darm grondig zijn bestudeerd zebrafish, met behulp van de methoden die zijn afgeleid van zoogdieren modellen8.
GI intolerantie tijdens klinische testen van drugkandidaten is gebruikelijk en kan een ernstige bedreiging voor de menselijke gezondheid. Een overzicht van programma's in een groot farmaceutisch bedrijf tijdens 2005 – 2010 onthuld GI veiligheid als de belangrijkste oorzaak voor 9% van de klinische studie opzeggingen9. GI-toxiciteitstests in preklinische zoogdieren modellen kunnen duur zijn in termen van tijd, samengestelde en arbeid. Een voorspellende high-throughput assay voor GI doorvoer kan bieden flexibiliteit samengestelde toxiciteit, en leveren van 3V effect. Een nieuwe methode voor het aanbieden van een dergelijke bepaling wordt gepresenteerd door het protocol hierin beschreven. Dit high-throughput assay kon worden ingezet in het begin van geneesmiddelenontwikkeling te prioriteren van kandidaten, en bijdragen tot de vermindering van de veiligheid van de GI testen in grotere soorten.
Alle methoden die hier worden beschreven zijn goedgekeurd door de institutionele Animal Care en gebruik Comité (IACUC) van AbbVie.Abbvie opereert onder de nationale instituten van gezondheid gids voor zorg en gebruik van proefdieren in een faciliteit geaccrediteerd door de Association for de beoordeling en de accreditatie van proefdier zorg (AAALAC). Geen veterinairrechtelijke zorgen werden waargenomen in deze studies.
1. het kweken van volwassen zebravis en het verzamelen van de embryo's
2. het trainen van larven te voeden met behulp van niet-gekleurd voedsel
3. voorbereiding van de fluorescerende levensmiddelen op de 6 dpf en diervoeders tot larven op de 7 dpf
4. bereid geconcentreerde dosering oplossingen van Test verbindingen
5. overdracht larven een 96-wells-plaat en behandelingen toepassen
6. maatregel eerste en volgende fluorescentie van elk putje
7. het analyseren van de gegevens
Opmerking: Hier berekenen wij accumulatie per putje en groep gemiddelden voor elk punt van de tijd.
Deze methode, die plaat gebaseerde spectrofotometrie gebruikt te beoordelen GI doorvoer, kan worden gebruikt als een vervanging van de high-throughput van fluorescent microscopie, die is een lagere doorvoer-methode voor de beoordeling van de dezelfde functie (Figuur 1). Voor het genereren van de gegevens in Figuur 1, identiek behandelde vis werden geanalyseerd voor GI doorgang met behulp van fluorescentie microscopie (representatieve afbeeldingen wordt weergegeven) of spectrofotometrie op 4 punten van de tijd, 0, 4, 8 en 24 uur na toediening; vergelijking van de gegevens van die experimenten gaf sterk gecorreleerde resultaten (lineaire regressie van gegevens r2 = 0.95). De lineaire regressie heeft een negatieve helling omdat microscopie het ingehouden fluorescentie-signaal maatregelen en spectrofotometrie het cabotageritten signaal.
De effecten van stoffen met uiteenlopende mechanismen, met gevestigde GI activiteit bij de mens, kunnen worden opgespoord in zebrafish met behulp van de spectrofotometrie assay (Figuur 2). Vergeleken met de voertuig-behandelde controles, atropine (4.2 µM) en amitriptyline (5 µM) vertraagd GI doorvoer, terwijl tegaserod (3.3 µM) en metoclopramide (33 µM) versneld transittijd. Erytromycine (14 µM), transittijd een versnelling verwacht had geen effect gemeten volgens deze methode. Behandeling groep maten waren 24 voordat verwijderen gegevens uit larven met geen of zeer lage signaal. De AUC voor de gemiddelde signaal per tijdstip werd vergeleken tussen stof-behandeld en voertuig-behandelde groepen met behulp van Tukey van eerlijk Significant verschil voor type-1-foutcontrole inschakelt. Effecten werden beschouwd als belangrijke alleen wanneer p ≤ 0,05. De concentraties gebruikt voor de bovenstaande behandelingen waren de maximale doseringen getolereerd, bepaald in een voorafgaande experiment en gedefinieerd als de hoogste dosis waarbij geen waarneembare schadelijk effect door bruto observatie.
De bepaling van de Spectrofotometrie kan meten dosis-afhankelijke effecten van verbindingen. Figuur 3 bevat gegevens die aantonen dat atropine GI transit dosis-dependently in zebrafish larven vertraagt. De laagste dosis van atropine getest, 0.042 µM, hadden geen significant effect, terwijl de twee hogere concentraties had aanzienlijke invloed, 0.42 µM met minder van een effect dan 4.2 µM.
Een nieuwe bepaling kan worden beoordeeld door het testen van positieve en negatieve controles, dat wil zeggen verbindingen die bekend is dat ze actieve en inactieve respectievelijk in het target-systeem (in dit geval het target-systeem is de zoogdieren GI doorvoer). Voor de bepaling van de spectrofotometrie, werden 18 actieve (positief) en 6 inactief (negatieve) besturingselementen getest. De bepaling van de spectrofotometrie is gebaseerd op deze experimenten, en heeft een hoge positieve predictieve waarde (90,9%), maar de lage gevoeligheid (55,6%) en de negatief voorspellende waarde (38,5%). Deze waarden zijn afgeleid van de gegevens in tabel 1. Zij weerspiegelen, in de praktijk, dat als de zebravis transittijd is beïnvloed door een behandeling, zoogdieren transit dreigt te worden beïnvloed. Als er geen effect op de zebravis transittijd is, is dit echter niet voorspellende van zoogdieren effect.

Figuur 1: fluorescerende voedsel doorvoer wordt gedetecteerd als een verlies van signaal van microscopische beeldvorming en een bijbehorende winst in signaal door plaat gebaseerde spectrofotometrie. (A) representatieve microscopische beelden uit analyse van atropine (4.2 µM) effect op de GI transittijd. (B) gemiddelde signaal gekwantificeerd van microscopische beelden is zeer (negatief) gecorreleerd met signaal van vernietigde fecale materie (spectrofotometrie) van identiek behandelde vis. Gegevens van atropine-behandelde vis zijn in het rood. Deze figuur gekopieerd met toestemming van Cassar et al. 11. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 2 : Analyseren van fluorescent signaal accumulatie na verloop van tijd van een multi goed plaat kunt identificatie van behandelingen die de snelheid van de doorvoer van de GI wijzigen. Sterretje (*) geeft aan afwijkt AUC dan voertuig-behandelde vis. Foutbalken vertegenwoordigen de standaardfout van het gemiddelde signaal voor larven in de behandelde groep per tijdstip. Dit cijfer heeft opnieuw zijn gebruikt met toestemming van Cassar et al. 11. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figuur 3 : Atropine dosis-dependently vertraagt zebrafish darm transittijd, zoals blijkt uit fluorescerende spectrofotometrie van fecale accumulatie mettertijd. Sterretje (*) geeft aan afwijkt AUC dan voertuig-behandelde vis. Foutbalken vertegenwoordigen de standaardfout van het gemiddelde signaal voor larven in de behandelde groep per tijdstip. Dit cijfer wordt hergebruikt met toestemming van Cassar et al. 11. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Tabel 1: GI activiteit van 24 stoffen in zoogdieren en vissen. Deze tabel wordt gebruikt met toestemming van Cassar et al. 11.
De roman spectrofotometrie methode voor het meten van de zebravis larven GI transittijd, hier gepresenteerd is een efficiënte test die behandeling effecten op zoogdieren GI-functie kan voorspellen. Hoewel de bepaling lage gevoeligheid heeft, heeft hoge positieve predictief, die aanvaardbaar is voor de eerste fase testen werkzaam voor het aantal kandidaat-behandelingen op basis van toxiciteit12schil. Deze methode is gemakkelijker uit te voeren, heeft een hogere doorvoersnelheid, en gebruikt minder stappen dan fluorescent microscopie hanteren dier.
Er zijn technische problemen die inherent zijn aan deze methode. Het vangen van individuele larven nadat de fluorescerende voedsel voeden en hen overbrengen naar individuele wells is uitdagend aanvankelijk. Echter, met de praktijk een geschoolde technicus kan vullen een 96-wells-plaat in minder dan 15 min. Als er op een gegeven tijdstip, is de plaat per ongeluk geschud en de fecale materie onrustig vanaf de onderkant van de putten vóór lezing, verschijnt de accumulatie te verminderen. Dit kan vermeden worden door het verplaatsen van de plate(s) zorgvuldig, zonder schudden. In onze ervaring, deed de normale beweging, waaronder die van de plaat spectrofotometer gemotoriseerde lade, de bepaling niet storen. Plaat lezers uitgerust met een verwarmingselement (dat wil zeggen, de plaat hoeft niet te worden teruggegeven aan incubator tussen metingen), en gelegen in de buurt van de test lab Bank kan optimaliseren voor lagere kans op verstoring, maar dit was niet nodig in onze ervaring.
Vroege pogingen om de methode bevatte geen voeding op de dagen voorafgaande aan de test. Zonder deze 'praktijk' voedingen verbruikt lager aantal larven voldoende TL voedsel tijdens de termijn voor toepassing van de behandeling. In deze pogingen, variatie binnen behandelgroepen was groter en meer gegevens was onbruikbaar als gevolg van lage/geen signaal accumulatie na verloop van tijd. Zelfs met het praktijk voeden, sommige larven niet voldoende hoeveelheden van het fluorescerende voedsel consumeren, met uitzondering van gegevens uit deze larven vermindert variatie binnen groepen en verhoogt het vermogen behandeling effecten te kunnen identificeren. Beginnen met grotere maten van de groep (dat wil zeggen, 24 versus 12) voorziet in voldoende aantal larven bij te dragen nuttige gegevens voor de analyse.
De fluorescentie microscopie blijkt dat voedsel transit bijna voltooid door 24 h in atropine-behandelde larven (niet afgebeeld), was echter de microplate-gegevens vanaf het punt van de laatste tijd lagere laatste signaal in de groep van atropine weerspiegelen, in vergelijking met voertuig groep. Omgekeerd, hogere definitieve microplate fluorescentie werd geassocieerd met behandelingen die transittijd versnelde, hoewel de larven voertuig-behandeld hebben blijkbaar hun GI tract vóór de punt van de laatste keer afgezegd. Op basis van de willekeurige toewijzing aan behandeling van larven fluorescerende voedsel gevoed, veronderstellen wij gelijk verbruik van het fluorescerende eten, gemiddeld onder behandelgroepen. Gezien dit, en gebaseerd op de hierboven beschreven patronen, fluorescentie van fecale materie neemt af met de tijd doorgebracht in het larvale GI darmstelsel of snellere doorvoer wordt toegevoegd fluorescentie aan de ontlasting een of andere manier. De werkelijke oorzaak is onbekend en niet heeft is ondervraagd, maar nog steeds de bepaling is in staat om meten en vergelijken van transittijd onder groepen.
De werkgelegenheid van deze methode voor het opsporen van de toxische effecten van de GI van klein molecuul verbindingen is één toepassing. Andere mogelijke toepassingen zijn ziekte modellering (b.v., Prikkelbare darmsyndroom) en roman therapie ontdekking voor dergelijke ziekten, of voor het ontdekken van pro-kinetische verbindingen. Bovendien kan gekoppeld aan transgene modellen, deze methode worden gebruikt om te ondervragen van de rol van genen in normale GI doorvoer, evenals transit aandoeningen, waaronder darmen neuron-deficiëntie. De larve van de zebravis biedt een hele organisme platform op een schaal die die benadert van het kweken van de cel, maar aangezien er meerdere weefsels en talloze celtypes werking samen in de zebravis, systemen biologie vragen kunnen worden gesteld en beantwoord met behulp van deze model.
Met de vooruitgang in technologie en nieuwe toepassingen ervan, zal efficiëntie bij de uitvoering van de zebravis toxiciteitstesten blijven verbeteren. Larvale zebrafish behandeling methoden en vitrotests blijven verbeteren in termen van hogere doorvoer13,14. De nieuwe methode gepresenteerd hier is een voorbeeld van een verbetering die zebrafish studies meer impactful kan maken.
Ontwerp, studie gedrag, en financiële steun voor dit onderzoek werden verstrekt door AbbVie. AbbVie deelgenomen aan de interpretatie van gegevens, beoordeling en goedkeuring van het manuscript. S. Cassar, X. Huang en T. Cole zijn werknemers van AbbVie en hebben geen extra conflicten van belang om te vermelden.
Simon Cassar van carpetbones.com ontworpen en gemaakt in de geanimeerde afbeelding gebruikt om aan te tonen van de procedure in het leven van de GI transit assay.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Wild type zebrafish broedpaar | Verschillende bronnen - bijvoorbeeld ZIRC (Zebrafish International Resource Center) | ZL-1 | Volwassen wild type zebrafish van de AB-lijn |
| 1.7 L Broedtank - Beach Style Design | Tecniplast | 1.7L SLOPED | Broedtank |
| Instant Ocean zee-zout | Intant Ocean | SS15-10 | Gedehydrateerd zee-zout |
| First Bites larfvoer | Hikari | 20095 | Poedervormig larfvoer |
| Geel-groene (505/515) Fluospheres | Invitrogen | F8827 | Fluorescent label |
| V-vormige 96-wells polystyreen microplaat | Thermo Fisher Scientific | 249570 | Multiwell microplaat met V-vormige bodem in elke well |
| Atropine | Sigma Aldrich | A0132 | |
| Amitriptyline | Sigma Aldrich | A8404 | |
| Tegaserod | Sigma Aldrich | SML1504 | |
| Metoclopramide | Sigma Aldrich | M0763 | |
| Erythromycin | Sigma Aldrich | E5389 | |
| Spectramax M2e microplaat lezer | Molecular Devices | Spectramax M2e | Een multi-well plate spectrofotometer die in staat is tot fluorescente excitatie en emissiedetectie. |
| SoftMax Pro | Molecular Devices | SoftMax Pro | Software voor spectrofotometer data-acquisitie |