De seriële anesthesie-array voor het high-throughput onderzoek van vluchtige stoffen met behulp van Drosophila melanogaster
February 24th, 2023
De fruitvlieg (Drosophila melanogaster) wordt veel gebruikt voor biologisch en toxicologisch onderzoek. Om het nut van vliegen uit te breiden, ontwikkelden we een instrument, de seriële anesthesie-array, die tegelijkertijd meerdere vliegenmonsters blootstelt aan vluchtige algemene anesthetica (VGA's), waardoor het mogelijk wordt om de neveneffecten (toxisch en beschermend) van VGA's te onderzoeken.
De SAA maakt verwerking met een hoge doorvoer mogelijk voor het onderzoeken van de farmacologie van vluchtige stoffen in ongewervelde modelorganismen die zijn begiftigd met een geavanceerd brein en een uitgebreid repertoire aan gedragingen. In combinatie met de genetische gereedschapskist die beschikbaar is in Drosophila melanogaster, maakt deze techniek het mogelijk om de farmacogenetica van vluchtige stoffen snel en betaalbaar te bestuderen. Veel mensen worden blootgesteld aan vluchtige stoffen als verontreinigende stoffen of therapeutische middelen.
Naast anesthesie hebben vluchtige anesthetica tal van toxische en gunstige neveneffecten. De mate van effect wordt mede bepaald door de genetica, die grotendeels onontgonnen is gebleven. Na het maken van het houten frame, wijzigt u 50 milliliter kroniekbuisdoppen door twee gaten in elke dop te boren met een boor van 9/32 inch.
Schuur de gaten om het rafelige plastic op te ruimen. Schuur ook de bovenkant van de dop om het oppervlak op te ruwen. Snijd vervolgens vijf milliliter serologische pipetten op maat door het plastic te scoren en schoon te breken op de gescoorde lijn.
Schuur de uiteinden van de gesneden of gebroken pipetten. Lijm daarna gaas op de buizen en knip het gaas op de buismaat zodra de lijm droogt. Steek de buizen in de gaten van de conische doppen met beide buizen die boven de dop uitsteken.
Zorg ervoor dat de instroombuis langer in de buis steekt dan de uitstroom. Breng lijm aan op de bovenkanten van de doppen rond de buizen om de onderdelen aan elkaar te bevestigen en te laten drogen. Bevestig zelfklevende kabelbinders aan het frame.
Bevestig de doppen aan het frame met ritssluitingen en knip de uiteinden van de ritssluiting kort. Knip en sluit de lengte van de tygonbuizen aan op de in- en uitstroombuizen op elke gewijzigde dop. Begin aan het stroomopwaartse uiteinde en bevestig de buis eerst aan de instroom en vervolgens aan de uitstroom naar de instroom van de volgende positie.
Voeg vervolgens een stroomindicator toe aan de meest stroomafwaartse instroom. Plaats een conische buis van 50 milliliter in de eerste positie en markeer het watervulmerk. Verwijder de buis.
Vul het met water onder de instroombuis en plaats het terug op zijn plaats. Bereid de interfacing voor de vaporizer voor. Verwijder de zuigers, knip inkepingen uit twee doseerspuiten van 10 milliliter en steek ze in de in- en uitstroom van de verdamper met de inkepingen direct naar de voorkant van de verdamper gericht om uit te lijnen met de gaten.
Sluit het hele systeem aan. Gebruik tygonbuizen om de dragergastank te bevestigen met de regelaar, gasspecifieke flowmeter, verdamper en SAA. Vul lege posities op de array met lege kroniekbuizen van 50 milliliter.
Zet nu de gastank aan. Open de flowmeter tot twee liter per minuut en zet de vaporizer aan op 0%Bevestig de gasstroom door het systeem door de flowmeter stroomopwaarts van de vaporizer en de flow-indicator stroomafwaarts van de laatste kamer van de SAA te controleren op flow. U kunt ook het stroomafwaartse uiteinde van de buis in het water steken en op zoek gaan naar bellen.
24 uur of meer voorafgaand aan de blootstelling aan anesthesie sorteert u de vliegcohorten indien nodig voor het experiment met behulp van de voorkeursmethode. Breng vliegen over van voedselflacons in lege conische buizen van 50 milliliter. Tel en noteer dode vliegen voorafgaand aan blootstelling.
Ontkap en schroef 50 milliliter conische buizen met vliegen op de SAA. Schakel het dragergas in en stel het in op het gewenste debiet. Stel de verdovingsverdamper in op de gewenste concentratie en stel de vliegen bloot voor de gewenste duur.
Aan het einde van de blootstelling spoelt u het systeem met de verse gasstroom met 1,5 liter per minuut gedurende vijf minuten, wat overeenkomt met ongeveer 10x volumes van het totale SAA-volume. Open de hogedrukregelaar volledig en sluit deze vervolgens een halve slag om de gasstroom van de drager te garanderen. Volg de slang voor elke lijn naar de flowmeters en vaporizer en controleer het verdovingsniveau in de vaporizers.
Controleer of wanneer gas stroomt, dit de stroom aangeeft op de stroommeter en op de stroomafwaartse stroomindicator. Laat aan het einde van het experiment vier tot vijf minuten luchtstroom de verdoving uitspoelen. Zeven lijnen geïsoleerd uit een enkele populatie door middel van single pair meetings toonden variatie in iso fluor toxiciteit-geïnduceerde mortaliteit als gevolg van evolutionaire druk in ND23 60114 vliegen.
Pre-conditionering vliegt met 15 minuten 2%iso fluor voorafgaand aan traumatisch hersenletsel verminderde de mortaliteitsindex na 24 uur in witte 1118 en geel/witte stammen. De sterfte-index na 24 uur was niet significant lager in de voorgeconditioneerde Oregon R- en Canton S-lijnen. Tijdens de montage moeten de inkepingen in de gemodificeerde spuiten uitlijnen met de gaten van de verdamperpoorten.
Controleer tijdens de blootstelling periodiek of er stroming door het systeem is. Deze procedure kan worden gevolgd voor een breed scala aan gedrags-, overlevings- en moleculaire studies die kunnen leiden tot inzichten in de farmacologie van vluchtige stoffen.
Overzicht
De seriële anesthesiegootte (SAA) is een nieuw instrument dat is ontworpen voor hoogdoorvoerverwerking van Drosophila melanogaster om de farmacologie van vluchtige algemene anesthetica (VGA's) te bestuderen. Deze methode stelt onderzoekers in staat om zowel toxische als beschermende effecten van VGA's op fruitvliegen te onderzoeken, gebruikmakend van hun genetische diversiteit.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Farmacologie
- Toxicologie
Achtergrond
- Drosophila melanogaster is een veelgebruikt modelorganisme in biologisch onderzoek.
- VGA's hebben verschillende bijeffecten die door genetica worden beïnvloed.
- De SAA maakt gelijktijdige blootstelling van meerdere monsters aan VGA's mogelijk.
- Inzicht in de effecten van VGA's kan informatie geven over hun therapeutische en toxicologische implicaties.
Doel van het onderzoek
- Om een methode te ontwikkelen voor hoogdoorvoeronderzoek van VGA's bij fruitvliegen.
- Om de genetische basis van reacties op VGA's te onderzoeken.
- Om zowel de toxische als beschermende effecten van VGA's op Drosophila te beoordelen.
Gebruikte methoden
- Constructie van de SAA met behulp van aangepaste 50 milliliter chronische buisdoppen en serologische pipetten.
- Installatie van een gasstroomsysteem om VGA's aan de vliegmonsters te leveren.
- Blootstelling van Drosophila aan VGA's onder gecontroleerde omstandigheden.
- Monitoring van vliegsterfte en gedragsreacties na blootstelling.
Belangrijkste resultaten
- Er werd variatie in isofluorine toxiciteit-geïnduceerde sterfte waargenomen tussen verschillende vlieglijnen.
- Pre-conditionering met isofluorine verminderde de sterfte in bepaalde stammen.
- De SAA-methode maakt efficiënt en reproduceerbaar testen van VGA's mogelijk.
- De verkregen inzichten kunnen leiden tot een beter begrip van de farmacologie van vluchtige middelen.
Conclusies
- De SAA is een effectief hulpmiddel voor het bestuderen van de effecten van VGA's bij Drosophila.
- Genetische factoren spelen een belangrijke rol in de reactie op VGA's.
- Dit onderzoek kan implicaties hebben voor het begrijpen van de effecten van VGA's in bredere biologische contexten.
Veelgestelde vragen
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.
