In Vivo Beeldvorming van de hele hersenen van zebravislarven met behulp van driedimensionale fluorescentiemicroscopie
28 april 2023
Hier wordt een protocol gepresenteerd voor in vivo beeldvorming van de hele hersenen van larvale zebravissen met behulp van driedimensionale fluorescentiemicroscopie. De experimentele procedure omvat monstervoorbereiding, beeldacquisitie en visualisatie.
We ontwikkelen optische immuunsystemen en computationele algoritmen om de neuroactiviteit van de hele hersenen met een hoge ruimtelijke en temporele resolutie vast te leggen en te analyseren. Proefvis is een ideaal modeldier voor onderzoek. Dankzij elke optische transparantie en de beschikbaarheid van diverse genetische hulpmiddelen De optische beeldkwaliteit kan worden aangetast als gevolg van de aberratie die wordt geïntroduceerd door de Agarose-gel die wordt gebruikt voor monstermontage, en de vis kan tijdens de opname bewegen waardoor bewegingsartefacten in de beelden ontstaan of de nauwkeurigheidssignaalextractie uit de beelden wordt belemmerd.
Openbaar beschikbare protocollen bieden slechts een kort overzicht van de experimentele procedure, waarbij substantiële delen van de details worden beschreven, zoals agarose stolling, nauwkeurige montagetechnieken en eenvoudige positionering. Daarom is een effectief en reproduceerbaar protocol nodig om beeldgegevens van hoge kwaliteit te verkrijgen. Met minimale ruis en beweging.
Ons protocol biedt een geoptimaliseerde en reproduceerbare experimentele procedure. Dit protocol maakt in vivo beeldvorming van de hele hersenen over een langere periode en visualisaties van de verkregen beeldvormingsgegevens mogelijk. De workflow was gericht op beeldvorming van de hele hersenen, maar het kan gemakkelijk worden toegepast op het in beeld brengen van andere organen van veel van onze zebravissen.
Ons doel is om de onderliggende principes van neurale berekening te ontrafelen. Daarvoor zullen we blijven werken aan een pijplijn die grootschalige beeldvorming van neurale activiteit en structuur en computationele analyse hiervan omvat voor systematische hersenkartering.
Overzicht
Dit artikel presenteert een gedetailleerd protocol voor in vivo imaging van de gehele hersenen van zebravissenlarven met behulp van driedimensionale fluorescentiemicroscopie. Het zebravissysteem heeft de voorkeur vanwege de optische transparantie en genetische toegankelijkheid voor het bestuderen van neurale berekening en activiteit. Het protocol behandelt veelvoorkomende problemen zoals bewegingsartefacten en aberraties door agarosegel, waardoor de acquisitie van hoogwaardige beeldgegevens wordt gewaarborgd.
Belangrijkste onderdelen van de studie
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschap
- Biofysica
- Beeldvormingstechnieken
Achtergrond
- Zebravissenlarven zijn een essentieel model voor studies naar neuroactiviteit vanwege hun transparantie.
- Belangrijke uitdagingen zijn onder meer afwijkingen door agarosegel en bewegingsartefacten tijdens de beeldvorming.
- Huidige protocollen missen gedetailleerde stappen voor een effectieve montage en positionering van de monsters.
- Beeldvorming met een hoge resolutie is cruciaal voor het begrijpen van neurale computatie.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een reproduceerbaar protocol voor kwalitatieve beeldvorming van de hersenactiviteit van zebravissen.
- Het verminderen van ruis en bewegingsartefacten tijdens beeldvormingssessies.
- Het faciliteren van de studie naar neurale computatie over langere perioden.
Gebruikte methoden
- Het belangrijkste gebruikte platform is driedimensionale fluorescentiemicroscopie.
- Het biologische model bestaat uit zebravislarven, die zijn voorbereid en geïmmobiliseerd voor beeldvorming.
- Er is een geoptimaliseerde experimentele workflow ingesteld om minimale artefacten te garanderen.
- Kritieke stappen omvatten de nauwkeurige positionering van de zebravissen en de correcte aanpassingen van de beeldvormingsparameters.
- De visualisatie van de verkregen gegevens wordt gerealiseerd met softwaretools zoals napari.
Belangrijkste resultaten
- Het beeldgevingsprotocol maakt een uitgebreide visualisatie van hersengebieden mogelijk, inclusief neuronale structuren in de voorhersenen, middenhersenen en achterhersenen.
- Neuronale activiteit kan worden vastgelegd via tijdreeksbeeldvorming, wat belangrijke inzichten verschaft in neurale functies.
- Een duidelijke zichtbaarheid van alle hersengebieden duidt op de effectiviteit van het protocol.
Conclusies
- Deze studie demonstreert een nieuwe beeldgevingsbenadering die het begrip van de neuroactiviteit bij zebravis verbetert.
- Het protocol zet niet alleen een standaard voor beeldvorming bij zebravis, maar heeft ook implicaties voor breder neuraal onderzoek.
- Verdere ontwikkeling van beeldgevingspipelines wordt verwacht om hersenkaartlegging en studies naar neurale computatie te verbeteren.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor directie
Driedimensionale fluorescentie-imaging van de hersenen van zebravishlarven maakt in vivo mapping van neurale structuren en activiteit met een hoge resolutie mogelijk, wat ontdekkingen in de vroege fase van de neurowetenschappen ondersteunt. Dit protocol richt zich op reproduceerbaarheid en het verminderen van artefacten, waardoor een robuuste basis wordt gelegd voor mechanistische risicovermindering en target-validatie in neurobiologisch onderzoek. De aanpasbaarheid en kwantitatieve resultaten maken het tot een herbruikbare capaciteit voor R&D-pipelines in bedrijfsomgevingen die gericht zijn op neurale circuitanalyse en functionele screening.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt systematische analyse van neurale paden en cellulaire activiteit in een gewervde model mogelijk.
- Ondersteunt biologische risicoreductie door bewegingsartefacten en beeldfouten te minimaliseren.
- Vergemakkelijkt voorspellend vertrouwen bij de identificatie van neurale doelwitten via kwantitatieve data van de gehele hersenen.
Screening & Assayontwikkeling
- Bereidt gevalideerde, geïmmobiliseerde zebravis-monsters voor voor reproduceerbare imaging-workflows.
- Standaardiseert imaging-parameters en de positionering van monsters om de consistentie van de assay te waarborgen.
- Genereert kwantitatieve volumetrische en tijdreeksgegevens die geschikt zijn voor downstream-analyse en screening.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Biedt een ziekte-relevant gewervde systeem voor functionele mapping van neurale circuits.
- Maakt continuïteit mogelijk van discovery-imaging naar preklinische modelontwikkeling voor neuroactieve verbindingen.
- Ondersteunt risico-gecorrigeerde voortgang door high-content, reproduceerbare imaging-outputs te leveren.
Integratie van Pipeline & Workflow
Dit beeldvormingsprotocol is geïntegreerd in het continuüm van ontdekking tot preklinisch onderzoek, waardoor hypothesetoetsing, pathway-mapping en kwantitatieve analyse in neurowetenschappelijke modellen voor vertebraten mogelijk worden gemaakt.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt hypothese-gestuurde mapping van neurale activiteit en structuur op cellulaire resolutie.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve imaging-outputs voor studies naar verbindingen of genetische perturbaties.
- Analytica: Biedt volumetrische en tijdreeks-datasets voor computationele analyse en vergelijking tussen verschillende condities.
- Translationeel onderzoek: Sluit aan bij de ontwikkeling van preklinische modellen door functionele imaging in een gewervde systeem mogelijk te maken.
- Bedrijfsvoering en hergebruik: Het protocol is aanpasbaar voor imaging van andere organen of systemen in zebravisharven, wat de schaalbaarheid van het platform ondersteunt.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit bij de validatie van neurale targets.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid en standaardisatie over beeldvormingsexperimenten heen.
- Strategische waarde: Verbetert de go/no-go besluitvorming en de kapitaalefficiëntie in neurowetenschappelijke portfolio's.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van neurale targets en functionele assays mogelijk.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in het hanteren en immobiliseren van zebravis en in fluorescentiemicroscopie.
- Vereist toegang tot confocale of op maat gemaakte fluorescentiebeeldplatforms en computationele analysetools.
- Necessiteert standaardisatie van monstervoorbereiding en beeldparameters over teams heen.
- Aanpasbaar aan andere organen van zebravislarven, maar kan protocoloptimalisatie vereisen voor verschillende weefsels.
- Potentiële beperkingen omvatten beeldartefacten door agarose en beweging indien de immobilisatie onvolledig is.
