RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
pl_PL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Ten protokół pokazuje, jak konsekwentnie wycinać wypławki oczu (panewki wzrokowe) bez naruszania otaczających tkanek. Za pomocą igły insulinowej i strzykawki można dokonać ablacji jednego lub obu oczu, aby ułatwić badania nad mechanizmami regulującymi regenerację oczu, ewolucją regeneracji wzroku i neuronalnymi podstawami zachowań wywołanych światłem.
W badaniach nad dorosłymi komórkami macierzystymi i mechanizmami regeneracyjnymi, płazińce płaskie są podstawowym systemem modelowym in vivo. Wynika to w dużej mierze z ich obfitej populacji pluripotencjalnych komórek macierzystych i zdolności do regeneracji wszystkich typów komórek i tkanek po urazach, które byłyby katastrofalne dla większości zwierząt. W ostatnim czasie wypławki zyskały popularność jako model do regeneracji oczu. Ich zdolność do regeneracji całego oka (składającego się z dwóch typów tkanek: komórek barwnikowych i fotoreceptorów) pozwala na rozebranie mechanizmów regulujących regenerację układu wzrokowego. Ablacja oka ma kilka zalet w porównaniu z innymi technikami (takimi jak dekapitacja lub dziurkowanie) do badania ścieżek i mechanizmów specyficznych dla oka, z których najważniejszą jest to, że regeneracja jest w dużej mierze ograniczona do samych tkanek oka. Celem tego artykułu wideo jest pokazanie, jak niezawodnie usunąć wypławkową miseczkę nerwu wzrokowego bez naruszania mózgu lub otaczających tkanek. Opisano również postępowanie z robakami i utrzymanie założonej kolonii. Technika ta wykorzystuje igłę insulinową o gramaturze 31 G, 5/16 cala do chirurgicznego nabierania miseczki optycznej wypławków unieruchomionych na zimnej płytce. Metoda ta obejmuje zarówno ablację pojedynczego, jak i podwójnego oka, przy czym oczy regenerują się w ciągu 1-2 tygodni, co pozwala na szeroki zakres zastosowań. W szczególności tę technikę ablacji można łatwo połączyć z farmakologicznymi i genetycznymi (interferencja RNA) badaniami przesiewowymi w celu lepszego zrozumienia mechanizmów regeneracyjnych i ich ewolucji, komórek macierzystych oka i ich utrzymania oraz fototaktycznych reakcji behawioralnych i ich podstaw neurologicznych.
Planarianie są potężnym organizmem modelowym do badania regeneracji za pośrednictwem dorosłych komórek macierzystych. Te niepasożytnicze płazińce słodkowodne posiadają zdolność do regeneracji wszelkich brakujących tkanek, w tym ośrodkowego układu nerwowego i mózgu1. Badane już w 1700 roku2, postęp technologiczny w dziedzinie wypławków w ciągu ostatnich 10-15 lat (taki jak sekwencjonowany genom, hybrydyzacja in situ, immunohistochemia, interferencja RNA (RNAi) i transkryptomika) zaktualizowały ten historyczny organizm modelowy. W szczególności wypławki zyskały ostatnio popularność jako wyłaniający się model do badań nad wzrokiem3.
Planarianie mają prototypowe oczy z tylko dwoma typami tkanek, neuronami fotoreceptorowymi i komórkami pigmentowymi; umożliwiło to scharakteryzowanie populacji komórek macierzystych oka i pokazało, że wiele z tych samych genów regulujących rozwój oczu kręgowców jest zachowanych u wypławków4,5. Miseczki wzrokowe są zlokalizowane grzbietowo i składają się z białych, niepigmentowanych dendrytów neuronów fotoreceptorowych i półksiężycowych czarnych komórek pigmentowych, a oczy unerwiają mózg poprzez skrzyżowanie wzrokowe. Oprócz tego, że jest modelem do wyjaśniania procesów regeneracyjnych6, oko wypławkowe doskonale nadaje się do badania ewolucji mechanizmów wzrokowych7, reakcji behawioralnych na światło (wypławki wykazują ujemne fototaksje)8, oraz neurologicznych podstaw zachowania9.
Regeneracja oczu u wypławków była szeroko badana w dwóch głównych kontekstach: jako część regeneracji głowy po dekapitacji4,10, oraz po wycięciu samych tkanek oka11,12. Większość badań wypławkowych dotyczących regeneracji oczu wykorzystywała metodę dekapitacji, ponieważ jest ona prosta i nieskomplikowana. Do tej pory najpowszechniejszą metodą wycinania wypławki oka było przebijanie dziurki za pomocą cienkiej szklanej rurki kapilarnej13,14, chociaż niektóre badania wykonywały również amputacje tuż za oczami (częściowa dekapitacja)15. Jednak wszystkie te metody wiążą się z utratą wielu tkanek innych niż tylko oko (takich jak mózg, jelita i nerwy), co potencjalnie komplikuje interpretację wyników. Przedstawiony tutaj protokół ablacji oka ogranicza wycięcie do tkanek oka (w szczególności z wyłączeniem mózgu), w wyniku czego dane są bardziej specyficzne dla oka. Dodatkowo, w przeciwieństwie do robaków pozbawionych głów, które potrzebują 7-14 dni, aby rozpocząć żerowanie, robaki z ablacją oczu będą żywić się w ciągu 24 godzin od ablacji12, co pozwala na jednoczesne przeprowadzanie eksperymentów z RNAi (w których RNAi jest dostarczane z pożywieniem).
Chociaż ablacja oczu jest technicznie trudniejsza do skutecznego przeprowadzenia niż dekapitacja, obecne badania dotyczące wycinania oczu nie zawierają szczegółowych instrukcji dotyczących ich procedur. Celem tego artykułu wideo jest umożliwienie naukowcom konsekwentnego usuwania wypławki nerwu wzrokowego bez naruszania leżących pod spodem tkanek mózgowych i usuwania jak najmniejszej liczby innych tkanek. Metoda ta może być stosowana zarówno do ablacji pojedynczego, jak i podwójnego oka i ma zastosowanie w szerokim zakresie badań. Podobnie jak większość testów regeneracji, ablacja oka dobrze nadaje się do łączenia zarówno z badaniami farmakologicznymi, jak i genetycznymi (RNAi), a także badaniami behawioralnymi. Tutaj opisujemy metody obchodzenia się z robakami, utrzymywania kolonii wypławków oraz samej techniki ablacji oczu.
1. Hodowla zwierząt i obchodzenie się z nimi
UWAGA: Ten protokół wykorzystuje Schmidtea mediterranea, diploidalny gatunek wypławkowy o zsekwencjonowanym genomie16,17, który jest powszechnie używany do badań nad regeneracją. Jednak test jest równie skuteczny w przypadku innych gatunków, takich jak Girardia tigrina i Girardia dorotocephala (które są dostępne w handlu).
2. Przygotowanie
3. Ablacja chirurgiczna
Przez pierwsze 1-2 godziny po operacji, zwierzęta mogą wykazywać zmniejszony ruch w porównaniu do nienaruszonych robaków (jednak nadal będą się poruszać). W razie potrzeby robaki zjadają w ciągu 24 godzin od zabiegu (na przykład w celu karmienia RNAi). Obserwując regenerację oczu u tych samych osób w czasie, należy zrobić zdjęcie każdego robaka zarówno przed zabiegiem (nienaruszony), jak i po 1 godzinie od ablacji (hpa). Po 4 dniach od ablacji (dpa) powinny być widoczne regenerujące się komórki pigmentowe, a po 14 dpa całe oko będzie w pełni zregenerowane (ryc. 3A-B). Obejmuje to neurony fotoreceptorowe i ich unerwienie do mózgu (ryc. 3C), a także funkcjonalne odzyskiwanie układu wzrokowego (ryc. 4A-C). Udane ablacje nie naruszą leżących poniżej tkanek mózgu (ryc. 4D-E) ani nie wprowadzą innych obrażeń do zwierzęcia (ryc. 5A). Nieudane ablacje obejmują zwierzęta z: zbyt dużym wycięciem łączącym dwoje oczu (ryc. 5B), rozdarciami na bocznym brzegu zwierzęcia (ryc. 5C) i/lub miejscami ran przebijającymi się przez naskórek brzuszny (ryc. 5D). Ponadto nieudane ablacje obejmują niecałkowite usunięcie całej miseczki wzrokowej, składającej się zarówno z białych, niepigmentowanych tkanek, jak i czarnych komórek pigmentowych (ryc. 5E-F).

Rycina 1: Przygotowanie do zabiegu. (A) Schemat budowy zimnej płyty, wykorzystujący spód płytki Petriego o średnicy 100 mm (wypełnionej lodem) i pokrywę płytki Petriego o średnicy 60 mm (umieszczoną do góry nogami na powierzchni lodu). (B) Schemat powierzchni operacyjnej, wykonany ze stosu (od góry do dołu) białej bibuły filtracyjnej, wilgotnej, złożonej chusteczki higienicznej i kawałka folii parafinowej. (C) Przygotowana operacja (dla praworęcznych). A: luneta sekcyjna, B: oświetlenie na gęsiej szyi, C: powierzchnia operacyjna, D: płytka Peltiera, E: naczynie z robakami 5-7 mm gotowymi do ablacji, F: butelka do mycia wodą z robaków, G: podpórka pod pałeczki trzymająca czystą pipetę transferową, H: podpórka pod pałeczkę trzymająca igłę/strzykawkę, I: podpórka pod pałeczkę przytrzymująca kleszcze, J: pojemnik z dodatkowymi pipetami do przenoszenia. (D) Niestandardowa konfiguracja płytki Peltiera. (E) Konfiguracja zimnej płyty na szalce Petriego. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 2: Ułożenie rąk i igły/strzykawki podczas ablacji. (A) Ułożenie rąk (dla praworęcznych). Należy pamiętać, że lewy kciuk służy do podparcia strzykawki (trzymanej w prawej ręce) w celu zminimalizowania ruchu. (B) Umieszczenie igły w stosunku do oka robaka. Zwróć uwagę, że skośna powierzchnia igły jest skierowana do góry. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 3: Zregenerowane oczy wypławkowe po ablacji. Morfologia wypławków Schmidtea mediterranea odrastających w oczach po (A) podwójnej ablacji oka i (B) ablacji pojedynczego oka. (C) Immunohistochemia wykazująca regenerację neuronów fotoreceptorowych (antyaresztyna) po ablacji pojedynczego oka. Nienaruszone robaki są pokazane przed operacją, a regeneracja jest pokazana w 4 i 14 dniu po ablacji. W przypadku ablacji jednego oka lewe oko zostało poddane ablacji, a prawe oko służy jako wewnętrzna (nieuszkodzona) kontrola. Czerwone groty: oczy z ablacją. Podziałka = 100 μm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 4: Funkcjonalna regeneracja układu wzrokowego po ablacji. (A-C) Test funkcjonalny do badania światłowstrętu wypławkowego. (A) Nienaruszone robaki unikają przemieszczania się przez obszary światła, takie jak plamka z zielonego wskaźnika laserowego. (B) Po 24 godzinach od ablacji, "ślepe" robaki z podwójnym okiem, poddane ablacji, przemieszczają się przez jasne plamy. (C) Po 7 dniach od ablacji robaki z podwójnym okiem, którym poddano ablację, zregenerowały swój układ wzrokowy na tyle, aby odzyskać zdolność unikania światła. Żółty grot strzałki: nieprawidłowa reakcja behawioralna. (D-E) Ablacja oka jest ograniczona do tkanek miseczki wzrokowej i nie narusza leżących poniżej tkanek mózgowych. (D) Immunohistochemia wykazująca architekturę mózgu (antysynapsynana) pozostaje niezmieniona od czasu przed ablacją do 1 godziny po ablacji. (E) Barwienie hematoksyliną i eozyną (H&E) w ciągu 1 godziny po ablacji w przekroju poprzecznym wykazującym uszkodzenie jest w dużej mierze ograniczone do miejsca ablowanej muszli wzrokowej. Prawe oko (z czarnymi komórkami pigmentowymi) służy jako kontrola wewnętrzna. Czerwone groty: oczy z ablacją. Podziałka = 1 mm w (A-C) 1 mm, 100 μm w (DE). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 5: Cechy charakterystyczne udanych i nieudanych ablacji. (A) Udane ablacje pojedynczego i podwójnego oka (po 5 minutach od ablacji) mają rany, które są mniej więcej podobnej wielkości do oryginalnej muszli optycznej. (B-E) Nieudane ablacje: (B) usuwa się zbyt dużo tkanki lub rana łączy oba oczy, (C) miejsce rany rozrywa się i rozciąga do brzegu, (D) rana jest zbyt głęboka i przebija się od strony grzbietowej (D) do brzusznej (D') oraz (E-F) nie wszystkie tkanki panewki wzrokowej są usuwane, uwidocznione zarówno morfologicznie (E), jak i przez barwienie antyaresztynowe neuronów fotoreceptorowych (F). Żółte groty strzał: nieprawidłowe ablacje. Żółte kółka: miejsce ablacji. Podziałka = 100 μm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ten protokół pokazuje, jak konsekwentnie wycinać wypławki oczu (panewki wzrokowe) bez naruszania otaczających tkanek. Za pomocą igły insulinowej i strzykawki można dokonać ablacji jednego lub obu oczu, aby ułatwić badania nad mechanizmami regulującymi regenerację oczu, ewolucją regeneracji wzroku i neuronalnymi podstawami zachowań wywołanych światłem.
Autorzy chcieliby podziękować Michelle Deochand za doskonalenie tej techniki ablacji oka, Taylor Birkholz za pomoc w teście funkcjonalnym, Michaelowi Levinowi za przeciwciało anty-aresztynowe oraz Junji Morokuma za informacje na temat płytek Peltiera. Prace te zostały wsparte grantem SFSA z Western Michigan University dla WSB.
| Rozpuszczalne sole morskie Ocean | Spectrum Brands | Pudełko SS15-10 | "10 galonów" (waga netto: 3 funty) |
| Niestrzępiąca się chusteczka Kimwipes EX-L | Kimberly-Clark | 34155 | 4,5 x 8,5 cala |
| Bibuła filtracyjna Whatman #2 | Sigma | WHA1002125 | Kółka, średnica 125 mm, biała |
| Strzykawka insulinowa Easy Touch (z igłą) | Pet Health Market | 17175-04 | U-100 Strzykawka 1 cm³, igła 31 G 5/16 cala |
| szalka Petriego 100 mm | VWR | 25384-342 | Szalka Petriego 100 mm x 15 mm |
| 60 mm | VWR | 25384-092 | 60 mm x 15 mm |
| Dumont #5 kleszcze | Fine Science Tools | 11254-20 | Inox, końcówka prosta, 11 cm |
| Pipety transferowe | Samco Naukowe | 225 | Podziałka, duża żarówka, 7,5 mL, niesterylna |
| folia parafinowa Parafilm M | Marka | 701606 | Rolka 4 cale x 125 stóp |
| 12-dołkowa nieobrobiona płytka do hodowli tkankowej | VWR | 15705-059 | Niepoddana obróbce, z płaskim dnem, sterylna, marki Falcon |
| Plastikowe pojemniki na żywność (dla kolonii) | Ziploc | Duży prostokąt | 2,25 qt (2,12 L), 10" x 6 -3/4 " x 3 -3/16" |
| Planaria (Girardia tigrina) | Carolina Biological | 132954 | Sprzedawane jako "brązowe" Planaria; najczęściej są to G. tigrina (aka Dugesia tigrina), ale czasami są G. dorotocephala (alias Dugesia dorotocephala); Każdy z nich będzie działał. |
| Planaria (Schmidtea mediterranea) | n/a | n/a | S. mediterranea nie są dostępne w handlu. W tej chwili zwierzęta można pozyskać tylko w laboratoriach, które ich używają i mają dodatkowe zwierzęta. |
| Ręczniki papierowe brązowe | Grainger | 2U229 | 9-3/16 x 9-3/8" 1-warstwowy ręcznik papierowy wielowarstwowy, NIEBIELONA |
| butelka do mycia (do wody z robaków), opcjonalnie | Butelki do myciaVWR | 16650-275 | , polietylen o niskiej gęstości, szerokie usta, 500 ml |
| przeciwciało antysynapsynowe, opcjonalnie | Badania rozwojowe Hybridoma Bank | 3C11 | Supernatant |
| Przeciwciało antyaresztynowe, opcjonalnie | nie | dotyczy | Niedostępne w handlu. Miły prezent od Michaela Levina, Tufts University |
| Nalgene Lowboy gróźb z króćcem (do przechowywania wody z robaków), opcjonalnie | Nalge Nunc International Corporation | 2324-0015 | 15 L, polipropylen, niski profil ułatwia napełnianie plastikowych pojemników na kolonie |
| Niestandardowa płytka Peltiera, opcjonalna | maszyna Williamsa, Foxboro, MA | n/a | Szczegóły projektu dzięki uprzejmości Junji Morokuma, Tufts University: Płytka Peltiera jest zbudowana ze standardowej termoelektrycznej pompy ciepła (na przykład All Electronics Corp Catalog # PJT-1, 30 mm2). Kwadratowa pompa ciepła pokryta jest cienką lustrzaną powierzchnią, a następnie umieszczona w kwadratowym otworze o średnicy 30 mm2 w okrągłej formie z pleksi (o średnicy ~50 mm). Ta forma ma podobną grubość do pompy ciepła i pasuje do dobrze obrobionej w środku okrągłego radiatora (o średnicy ~115 mm). Forma/pompa ciepła jest "Zakotwiczony" do zlewu za pomocą silikonowej masy radiatora. Przewody są przewlekane przez otwory wywiercone zarówno w formie, jak i radiatorze. Dolna połowa radiatora jest wyposażona w "stopę", która pasuje do otworu płyty podstawy mikroskopu. |
| Źródło zasilania prądem stałym (dla płytki Peltiera), opcjonalnie | B i K Precision | 1665 | Regulowany niskonapięciowy zasilacz prądu stałego, 1-18 V (DC), 1-10 amperów. |
| Inne popularne materiały eksploatacyjne | |||
| Rękawice | |||
| Żyletka | |||
| Nożyczki | |||
| Luneta sekcyjna z oświetleniem | na gęsiej szyi | ||
| Podpórki pod pałeczki, opcjonalnie |