Dit protocol beschrijft een twee-foton-laserablatiebenadering die wordt uitgevoerd in zebravislarven, die als model dient om botregeneratie en de effecten van de immuunrespons op ablatie te bestuderen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit protocol beschrijft een twee-foton-laserablatiebenadering die wordt uitgevoerd in zebravislarven, die als model dient om botregeneratie en de effecten van de immuunrespons op ablatie te bestuderen.
Zebravissen (Danio rerio) hebben een uitstekend vermogen om verschillende organen en aanhangsels te regenereren. Botregeneratie bij zebravissen is bestudeerd met behulp van verschillende methoden, zoals amputatie van de vin, schubbenplukken, schedeltrepanatie en microscopische benaderingen. Met behulp van een confocale laserscanopstelling uitgerust met een twee-fotonlaser, werd een laserablatiemethode ontwikkeld als een laesieparadigma om botvormende cellen (osteoblasten) te ablateren in de zich ontwikkelende operkel van zebravislarven. De hier beschreven methode maakt de ablatie van cellen op een precieze manier mogelijk, omdat het gebied, de vorm en de diepte fijn kunnen worden aangepast. Bovendien maakt deze methode beeldvorming van het gebied voor en net na de ablatie mogelijk, zodat de kortetermijneffecten van het letsel kunnen worden geanalyseerd. In deze experimentele opstelling werd de immuunrespons na ablatie van osteoblasten in het geblesseerde gebied bestudeerd. Een toename van de rekrutering van macrofagen werd waargenomen na ablatie, wat de relevantie van hun aanwezigheid tijdens botregeneratie aangeeft.
Zebravissen regenereren diverse organen zoals het netvlies, de hersenen, het hart en de alvleesklier1. Bovendien regenereren zebravissen skeletelementen, daarom zijn ze gebruikt om de regeneratie van vinnen, schubben en calvariae (schedelkappen) te bestuderen2. Verschillende experimentele paradigma's zijn gebruikt om weefsel- en botregeneratie te bestuderen, zoals vinresectie (amputatie), vinfractuur, schedeltrepanatie 3,4, cryoletsel 5,6 of genetische ablatie 7,8,9. Onlangs zijn laserablatiebenaderingen op grote schaal gebruikt bij zebravissen om de genezings- en regeneratierespons na verwonding te bestuderen 10,11,12,13,14.
Lasergemedieerde ablatie is gebruikt in verschillende gebieden van biologisch onderzoek, zoals mechanobiologie, ontwikkelingsbiologie, regeneratieonderzoek en tumorchirurgie 10,11,12,15,16,17,18,19. Er zijn verschillende methoden voor laserablatie, zoals het gebruik van YAG (yttrium aluminium granaat), UV (ultraviolet) of 2p (twee-foton) lasers20. Laserablatie maakt het mogelijk om afzonderlijke cellen of grotere delen van weefsels op een zeer nauwkeurige manier te verwijderen, waardoor verschillende processen kunnen worden bestudeerd, zoals de reactie van het immuunsysteem op tumorablatie21 of tijdens de regeneratie van zebravissen. In het laatste voorbeeld werd ablatie bevestigd door het verdwijnen van het nucleaire en cytoplasmatische fluorofoorsignaal en necrosekleuring10,22.
Het is algemeen bekend dat de aangeboren immuunrespons en de gereguleerde kinetiek ervan essentieel zijn voor een passende weefselregeneratie. Neutrofielen en macrofagen zijn de eerste cellen die worden gerekruteerd naar de plaats van de verwonding, waar ze verschillende rollen vervullen, zoals het vrijkomen van cytokines en groeifactoren, het verwijderen van cellulair puin en het hermodelleren van extracellulairematrixen. Deze rekrutering en de daaropvolgende functionalisering van macrofagen zijn ook waargenomen bij geamputeerde zebravisvinnen24 en de zich ontwikkelende operkel, die werd onderworpen aan laser 'nanodissectie' die leidde tot osteoblastablatie10. In het laatste experiment werd herstel van het aantal osteoblasten, normale operkelontwikkeling en rekrutering van aangeboren immuuncellen (neutrofielen, macrofagen en osteoclastachtige cellen) naar het geblesseerde gebied waargenomen na UV-laser en twee-fotonlaser-gemedieerde ablatie10. Experimenten bij zebravissen waarbij het immuunsysteem farmacologisch werd onderdrukt door het gebruik van glucocorticoïden toonden een verslechtering van de regeneratie bij een verkeerd gereguleerde immuniteit, wat de functionele rol van het immuunsysteem bij weefselherstel ondersteunt 3,10,25,26.
Hier wordt een twee-foton-laser-gemedieerde ablatiemethodologie beschreven om de biologie van botregeneratie bij het ontwikkelen van zebravisbotten te bestuderen. In het bijzonder wordt het effect van de osteoblast-ablatiebenadering in de operkel aangetoond in termen van de immuunrespons, die wordt onderzocht door de rekrutering van macrofagen naar de ablatieplaats te volgen.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het onderzoeksprotocol werd goedgekeurd door de Landesdirektion Sachsen, vergunningsnummers 25-5131/564/2, DD25-5131/450/4, 25-5131/496/56, DD25.1-5131/354/87. De gebruikte zebravisstammen werden onderhouden volgens de nationale wetgeving en onder gestandaardiseerde omstandigheden zoals eerder beschreven27,28. De details van alle reagentia en de apparatuur die in het onderzoek zijn gebruikt, staan vermeld in de materiaaltabel.
1. Voorbereiding van materialen en oplossingen
2. Zebraviskweek en embryocollectie
OPMERKING: Dubbele transgene zebravislarven die de aanwezigheid van toegewijde osteoblasten rapporteren [osterix:nGFP = Tg(Ola.Sp7:NLS-GFP)zf132]29 en macrofagen [mpeg:mCherry = Tg(mpeg:mCherry)gl23] werden hier gebruikt30 (Figuur 1A).
3. Larven inbedding in agarose met een laag smeltend gehalte

Figuur 1: Schematische weergave van de inbeddingsprocedure. (A) Dubbele transgene Tg(osterix:nGFP; mpeg1:mCherry)29,30 zebravislarven met groen gelabelde operculaire osteoblasten en macrofagen gelabeld in rood werden gebruikt. (B) De workflow van de inbeddingsprocedure, zoals beschreven in stap 3 van het protocol. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
4. In vivo beeldvorming van de larven en laserablatie
5. Herstel van larven en beeldvorming om de rekrutering van immuuncellen te monitoren
6. Beeldanalyse en statistische analyse
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Laserablatie werd uitgevoerd zoals aangegeven in het bovenstaande protocol. Het GFP-signaal van de osteoblasten in het geablateerde gebied verdween onmiddellijk na ablatie. Om de respons van de osteoblastablatie in termen van de immuunrespons te bestuderen, werd de aanwezigheid van macrofagen in 6 dpf-larven vóór en bij 6 hpl in beeld gebracht. Vóór de ablatie werden zeer weinig macrofagen waargenomen in het operkelgebied10 (Figuur 2)...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Laserablatie is toegepast in verschillende disciplines van biologisch onderzoek. Het is met name nuttig geweest als methode om weefselregeneratie te bestuderen 10,11,12. Bijvoorbeeld, de rekrutering en fenotype veranderingen van aangeboren immuuncellen werden onlangs in de loop van de tijd geanalyseerd met behulp van UV-laser of twee-foton laserablatie-assays, samen met het herstel van osteoblas...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dit werk werd ondersteund door de Duitse Onderzoeksstichting (DFG) Transregio 67 (project 387653785), de DFG SPP 2084 μBone (project KN 1102/2-1) aan FK. Dit werk werd ondersteund door de Light Microscopy Facility (DFG-project 413875620), een kernfaciliteit van het CMCB Technology Platform van de TU Dresden. Het werk aan de TU Dresden werd medegefinancierd met belastinginkomsten op basis van de door het Saksische parlement goedgekeurde begroting ("Landtag").
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Calcium chloride dihydrate, CaCl2·H2O | Carl Roth | 5239.1 | |
| Cell Culture Dish, PS, 100/20 mm | Greiner Bio-one | 664160 | |
| Dumont #55 Foceps | FST | 11295-51 | Tip shape straight, 11 cm, 0.05 x 0.02 mm |
| Falcon 6-well plate | Corning | 353502 | |
| Glass-bottom microwell dish | MatTek | P35G-1.5-14-C | 35 mm Dish, No. 1.5 Coverslip, 14 mm Glass Diameter, Uncoated |
| Insight X3 multiphoton laser | Spectra-Physics | ||
| Leica Application Suite | LAS X, Leica Microsystems | ||
| Low melting agarose | Biozyme | 840101 | Biozym Plaque Agarose |
| Magnesium sulfate heptahydrate, MgSO4·7H2O | Sigma-Aldrich | M5921 | |
| Mating cages | many varieties, e.g. Tecniplast | ||
| Methyleneblue | Carl Roth | A514.1 | |
| MS-222 | SIGMA Aldrich | A5040 | |
| Potassium Chloride, KCl | PanReac AppliChem | 131494 | |
| Sodium chloride, NaCl | Carl Roth | 3957.1 | |
| SP8 FALCON | Leica Microsystems | Equipped with a Insight X3 multiphoton laser and Leica Application Suite software | |
| Stainless Steel Dissect Needle | Bochem | 12010 | 140 mm |
| Stereo Microscope System SZX16 | Olympus | Equipped with a LED illumination base SZX2-ILLTQ | |
| Thermostatic Cabinets TS - WTW | xylem | TS 608/2-i | For incubation (embryo) |
| Transfer pipette, 3.5 mL | SARSTEDT | 861171 | 155 x 15 mm, LD-PE, transparent |
| Zeiss SteREO Discovery.V12 version 4.7.1.0. | Zeiss | Equipped with Axiocam MRm camera and AxioVision sofware |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.