Płytka 20 000 zróżnicowanych mysich komórek ES (MES) / dobrze w 96-dołkowej płytce pokrytej lizyną Poly-D i utrzymuj w pożywce różnicującej końcówki neuronów ruchowych przez 5-7 dni.
1. Podawanie związków i zatrucie BoNT/A
Wykonaj wszystkie poniższe prace w obudowie BSL2, aby zachować zgodność z wytycznymi CDC/NIH.
- Przygotować 10 mM roztworów podstawowych każdego związku bibliotecznego w 100% DMSO w 96-dołkowych płytkach polipropylenowych. Użyć materiału podstawowego o wielkości 10 mM, aby przygotować pośrednią płytkę rozcieńczającą, która jest 10-krotnie większa niż pożądane stężenie przesiewowe. Przygotować płytkę pośrednią o wielkości 100 μM, dozując 10 μM bulionu do płytki 96-dołkowej i rozcieńczyć ją do 100 μM za pomocą pożywek hodowlanych. Dozować 10 μl związków na 90 μl pożywki na komórkach11. Przetestuj związki przy końcowym stężeniu 10 μm i upewnij się, że końcowa zawartość procentowa DMSO nie przekracza 0,5%.
- Wykonaj wszystkie badania, w których wykorzystuje się żywe komórki i aktywną toksynę w warunkach poziomu bezpieczeństwa biologicznego 2. Zastąp stare podłoża w 96-dołkowych płytkach 80 μl świeżej pożywki do różnicowania końcowego za pomocą 12-kanałowej pipety ręcznej. Aspirację i dozowanie należy przeprowadzać krok po kroku, aby uniknąć narażenia komórek bez pożywki na działanie otaczającego powietrza.
- Przed zastosowaniem toksyny należy wstępnie potraktować komórki związkami poprzez dodanie 10 μl 10 x związków z płytki źródłowej za pomocą 12-kanałowej pipety, a następnie wymieszanie przez aspirację (dwukrotnie). Dla każdej płytki 96-dołkowej należy potraktować dwie kolumny po 6 dołków 10x DMSO rozcieńczonym w mediach, aby służyły jako regulatory wysokiego i niskiego sygnału. Kolumna bez obróbki BoNT wykazuje najwyższy poziom pełnej długości SNAP-25 (wysoka kontrola sygnału). Drugą kolumnę z samym BoNT (bez żadnych związków) należy traktować jako kontrolę niskiego sygnału. Użyj niskiej kontroli, aby obserwować skuteczność rozszczepienia BoNT SNAP-25 i jego wykrywanie za pomocą przeciwciała BACS (ryc. 2).
- Inkubować komórki ze związkami przez 30 minut w temperaturze 37 °C i 6% CO2 w inkubatorze do hodowli komórkowych.
- Przygotować neurotoksynę botulinową A ze źródła handlowego 1 mg / ml w roztworze soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS) do końcowego 10-krotnego wywaru roboczego przez rozcieńczenie końcowymi pożywkami różnicującymi.
- Zatrucie należy rozpocząć poprzez dodanie 10 μl 10x zapasu BoNT/A do studzienek przeznaczonych do uzdatniania i kontroli niskiego sygnału za pomocą pipety wielokanałowej (ryc. 2). Studzienki oznaczone jako wysoka kontrola należy traktować samymi mediami.
- Odkazić wszystkie plastikowe wyroby i inne materiały jednorazowego użytku, które mają kontakt z BoNT/A podczas badania, zanurzając je w 0,825% roztworze podchlorynu w wodzie na co najmniej 20 minut. Wykonaj wszystkie procedury w komorach bezpieczeństwa biologicznego i odkaż obszary robocze zarówno przed, jak i po eksperymentach za pomocą 5% detergentu dezynfekującego środka czyszczącego, takiego jak roztwór MicroChem.
- Płytki należy wyraźnie oznaczyć w celu wskazania stosowania toksyn i inkubować płytki poddane działaniu 1 nM/L BoNT/A przez 4 godziny w temperaturze 37 °C i 6% CO2 w inkubatorze do hodowli komórkowych. Umieść odpowiednie oznakowanie, aby poinformować współpracowników, że toksyna jest używana w laboratorium.
- Zatrzymaj rozszczepienie proteolityczne BONT/A poprzez utrwalanie metanolu. Usuń pożywkę zawierającą toksyny i związki z każdej studzienki za pomocą wielokanałowej pipety i wyrzuć do 10% roztworu wybielacza. Dodaj lodowaty metanol (100 μl) bezpośrednio do każdej studzienki.
- Inkubować płytki przez 15 minut w temperaturze pokojowej (RT), aby umożliwić utrwalenie.
- Po utrwaleniu należy bezpiecznie obchodzić się z wyrzuconymi odczynnikami (uważanymi za zneutralizowane) zgodnie z protokołami poziomu bezpieczeństwa biologicznego 1 i odpowiednio wyrzucić.
- Wyrzuć metanol i użyj 100 μl PBS do umycia komórek i ponownego nawodnienia ich przed barwieniem immunologicznym. Wykonaj dwa dodatkowe mycia PBS.
- Po ostatnim płukaniu pozostawić PBS w studzienkach, uszczelnić płytki folią samoprzylepną do mikropłytek i przechowywać w temperaturze 4 °C do czasu analizy. Przechowywać płytki w temperaturze 4 °C przez kilka dni.
2. Barwienie immunologiczne
Procedura barwienia immunologicznego to pracochłonna, wieloetapowa operacja, która obejmuje powtarzalne cykle dozowania/aspiracji odczynników oraz intensywne mycie płytek, co może prowadzić do potencjalnego wprowadzenia znacznych zmian wewnątrz- i międzypłytkowych. Podejście półautomatyczne jest stosowane w celu zaoszczędzenia czasu personelu laboratoryjnego, zwiększenia przepustowości testu i zminimalizowania zmienności barwienia immunologicznego.
- Użyj zautomatyzowanej stacji roboczej wyposażonej w 96-dołkową głowicę zdolną do przenoszenia objętości do 250 μl i zintegrowanej z ramieniem chwytaka robota, aby przenieść sprzęt laboratoryjny w różne miejsca na modułowym pokładzie (patrz Materiały i sprzęt) dla tego protokołu.
- Modułowy pokład został zaprojektowany tak, aby pomieścić różne rodzaje sprzętu laboratoryjnego i może obsługiwać do 11 przedmiotów jednocześnie. Zautomatyzowany wózek do mikropłytek jest wyposażony w układarkę mikropłytek z podwójnym magazynkiem, która umożliwia przechowywanie i manipulowanie nawet 50 płytkami w jednym cyklu.
- Zautomatyzowana stacja robocza znajduje się wewnątrz szafy bezpieczeństwa biologicznego klasy II przeznaczonej do urządzeń automatyki laboratoryjnej w celu zapewnienia sterylności i bezpieczeństwa. W przypadku automatycznego barwienia immunologicznego pokład jest ułożony tak, jak pokazano na rysunku 3, aby umożliwić dostęp do odczynnika w razie potrzeby i bez interwencji człowieka.
- Wstępnie załaduj płyty zawierające stałe komórki do magazynu płytek i przenieś je na pokład w razie potrzeby w przypadku operacji obsługi cieczy. Użyj głowicy pipetowej 96 wyposażonej w końcówki o pojemności 250 μl, aby zassać PBS z dołków do 10 μl. Przepuszczalność błon komórkowych w celu ułatwienia wiązania przeciwciał z celami wewnątrzkomórkowymi za pomocą buforu permeabilizacji (0,1% Triton-X 100). Dozować bufor permeabilacyjny (100 μl) do każdego dołka przed powrotem płytek do drugiego magazynu układarki mikropłytek na 15-minutową inkubację w temperaturze pokojowej (RT).
- Usunąć bufor permeabilizacyjny i przeprowadzić mycie płytki PBS (dwukrotnie), jak opisano wcześniej w kroku 1.13.
- Po ostatnim etapie płukania należy usunąć bufor PBS i dozować 100 μl buforu blokującego zawierającego 1% surowicy końskiej i 0,1% Tween 20 w PBS do wszystkich mikropłytek przed powrotem do magazynka płytek na 1 godzinę inkubacji w temperaturze pokojowej.
- Do barwienia immunologicznego należy użyć dwóch podstawowych przeciwciał: króliczego poliklonalnego przeciwciała przeciw-mysiego BACS do wykrywania pełnej długości SNAP-25 oraz mysiego przeciwciała monoklonalnego anty-III tubuliny do wykrywania neuronów (patrz Materiał i sprzęt). Po 60 minutach inkubacji usunąć bufor blokujący i dozować 50 μl 4ug/ml przeciwciała BACS i 0,5 μg/ml buforu blokującego do wszystkich płytek.
- Inkubować przez 1 godzinę w temperaturze pokojowej, usunąć przeciwciała pierwszorzędowe i przemyć 3 razy 100 μl PBS zawierającego 0,05% Tween (PBST).
- Użyj anty-mysiej IgG znakowanej Alexa Fluor 647, aby uwidocznić tubulinę -III i anty-króliczą IgG oznaczoną Alexa Fluor 568, aby uwidocznić przeciwciało BACS. Przygotować oba przeciwciała w postaci rozcieńczenia 2 μg/ml w buforze blokującym i dozować 50 μl mieszaniny do każdej studzienki.
UWAGA: Przeciwciała drugorzędowe wybrane do barwienia immunologicznego są znakowane różnymi fluoroforami, aby umożliwić wykrycie emitowanego przez nie światła fluorescencyjnego na różnych długościach fal przy użyciu różnych kanałów w detektorze High Content Imager.
- Inkubować przez 1 godzinę w temperaturze pokojowej. Odessać przeciwciała drugorzędowe i przemyć 3 razy 100 μl PBST.
- Po ostatnim płukaniu dodać 100 μl PBS zawierającego barwnik Hoechst (32 μM) w celu wybarwienia DNA w celu wykrycia jąder.
- Uszczelnij płytki nieprzepuszczalną dla światła folią, aby chronić fluorofory przed fotowybielaniem. Płyty mogą być przechowywane w temperaturze 4 °C przez tygodnie bez znacznej utraty sygnału.
3. Obrazowanie
UWAGA: Wykonaj akwizycję obrazu za pomocą systemu obrazowania o wysokiej zawartości (patrz Materiały i sprzęt).
- Specyfikacja definicji imagerów o wysokiej zawartości:
- Wybierz typ płyty, układ, liczbę pól, cel: Greiner u clear, format 96 dołków, odpowiednio 16, 20X wody.
- Wybierz kanały: wzbudzenie jądra EX: 405 nm jako kanał 4; cytoplazma EX: 644 nm jako kanał 2; kanał przeciwciała specyficznego dla antygenu EX: 561 nm jako kanał 3 i ustaw moc wzbudzenia każdego lasera, ustaw eksperyment jako 2 ekspozycje, Ekspozycja 1 z jednym wzbudzeniem przy 644 nm, Ekspozycja 2 z dwoma wzbudzeniami przy 405 nm i 561 nm. Wybierz kategoryzację jako Bin2.
- Użyj wysokich studzienek kontrolnych do optymalizacji ekspozycji z maksymalną intensywnością jako kanału SNAP-25 i niskich studzienek kontrolnych do minimalnej intensywności.
- Dostosuj ekspozycję tak, aby intensywność każdego kanału wynosiła około połowy poziomu nasycenia (2,000-2,500 jednostek względnych).
- Zidentyfikuj optymalną płaszczyznę Z na kanale maski komórki za pomocą skryptu korekcji delta. Patrz rycina 5, aby zapoznać się z wynikami po barwieniu immunologicznym i obrazowaniu. Eksportuj dane na serwer, na którym znajduje się oprogramowanie do analizy obrazu.
4. Analiza obrazu (Rysunek 6)
UWAGA: Poniższe kroki opisują zastosowanie algorytmów oprogramowania Columbus.
- Wybierz odpowiedni algorytm do segmentacji obiektów pierwotnych (jąder). W razie potrzeby dostosuj parametry progu tła i kontrastu. Oprogramowanie Columbus zapewnia 4 metody wykrywania jąder. Wybrać metodę, która dokładnie dzieli jądra na segmenty, dokonując oględzin jąder podzielonych na segmenty (w rys.6a wybrano metodę M).
- Wybierz algorytm neurytów (CSIRO Neurite Analysis 2), aby podzielić neuryty na segmenty W razie potrzeby dostosuj próg tła i parametry kontrastu, aby usunąć tło. Na rysunku 6b przedstawiono parametry używane do wykrywania neurytów.
- Zidentyfikuj regiony neurytów (segmenty neurytów) na podstawie obiektów drugorzędnych (neurytów) za pomocą rozszerzenia o -3 piksele kanału tubuliny β-III (Alexa Flour 640) jako maski (ryc. 6c).
- Oblicz intensywność kanałów sygnałowych (SNAP-25, (Alexa Flour 568) dla regionu neurytów i kanału tubuliny β-III (ryc. 6d i 6e).
- Wybierz żądane parametry do eksportu, takie jak długość neurytu, średnia intensywność SNAP-25, tubulina β-III, liczba jąder, liczba segmentów neurytów itp. (Rysunek 6f).
- Przenieś płyty z układarki płyt za pomocą robota i załaduj je do imagera o wysokiej zawartości w celu uzyskania obrazu.
5. Analiza danych:
Aby ocenić solidność zaprojektowanego testu, oblicz następujące parametry z eksperymentu na płytce.
- Sygnał (S) do tła (B): S/B = średnia intensywność kontroli wysokiego sygnału) / średnia intensywność kontroli niskiego sygnału
- Współczynnik zmienności (CV) sygnału i tła (do pomiaru jednorodności określonego sygnału): CV = (odchylenie standardowe (SD) / średnia próbki)*100(%), w celu określenia zmienności w obchodzeniu się z cieczą, odczynnikami itp.
- Sygnał do szumu: S = (średnie natężenie sygnału – średnie natężenie kontroli niskiego sygnału) / SD niskiej kontroli
- Obliczyć współczynnik Z' przy zatruciu jedną połową płytki 96-dołkowej i pozorowanym zatruciem drugiej połowy. Z' = 1 - 3 * (SD kontroli wysokiego sygnału + SD kontroli niskiego sygnału) / (średnia kontroli wysokiego sygnału - średnia kontroli niskiego sygnału). W celu dalszej analizy danych przesiewowych należy znormalizować niektóre z podstawowych parametrów surowca na podstawie płytki, aby umożliwić porównanie między płytkami i między różnymi dniami eksperymentów.
- Procent rozszczepienia, odzwierciedlający redukcję sygnału związanego z SNAP-25 o pełnej długości wykrytej przez swoiste przeciwciało (BACS): % Rozszczepienie = 100% * (średnia intensywność kontroli wysokiego sygnału - intensywność próbki) / średnia intensywność kontroli wysokiego sygnału.
- Procent zahamowania rozszczepienia: % Zahamowania = 100% * (intensywność próbki - średnia intensywność kontroli niskiego sygnału) / (średnia intensywność kontroli wysokiego sygnału - średnia intensywność kontroli niskiego sygnału).