Regeneracja to zjawisko, które występuje w całym królestwie zwierząt, z możliwościami regeneracyjnymi od pełnej regeneracji ciała u niektórych bezkręgowców do bardziej ograniczonych zdolności u kręgowców1. Wymiana funkcjonalnych tkanek jest złożonym procesem i często wiąże się z jednoczesnym przywróceniem wielu typów komórek. Na przykład, aby zregenerować kończynę salamandry, osteoblasty, chondrocyty, neurony, mięśnie i komórki nabłonkowe muszą zostać wymienione2. Te nowo wygenerowane typy komórek muszą być również odpowiednio zorganizowane, aby ułatwić nowe funkcje kończyn. Zrozumienie tych złożonych procesów wymaga technik, które koncentrują się na regeneracji określonych typów komórek i ich integracji z narządami.
Jedną ze strategii stosowanych w celu uproszczenia badania reakcji regeneracyjnych jest celowana ablacja albo określonych typów komórek, albo większych zbiorów tkanek. Na przykład u danio pręgowanego ekspresja nitroreduktazy w określonych typach komórek prowadzi do ich zniszczenia po zastosowaniu metronidazolu3,4. U larw Drosophila ekspresja genów proapoptotycznych pod promotorami specyficznymi dla tkanek może selektywnie ablować określone regiony imaginalnej tarczy5,6. Obie te strategie powodują szybkie, ale kontrolowane uszkodzenia i zostały wykorzystane do analizy mechanizmów molekularnych i komórkowych odpowiedzialnych za regenerację.
W tym manuskrypcie opisujemy metodę selektywnej ablacji całego organu zwanego gardłem u wypławka Schmidtea mediterranea. Wypławki to klasyczny model regeneracji, znany ze swojej płodnej zdolności regeneracyjnej, w którym nawet drobne fragmenty mogą odrosnąć całe zwierzęta 7,8. Mają dużą, heterogeniczną populację komórek macierzystych składającą się zarówno z komórek pluripotencjalnych, jak i progenitorów z ograniczeniami linii9,10,11. Komórki te namnażają się i różnicują, zastępując wszystkie brakujące tkanki, w tym gardło, układ nerwowy, trawienny i wydalniczy oraz komórki mięśniowe i nabłonkowe9,10,12. Chociaż wiemy, że te komórki macierzyste inicjują regenerację, nie rozumiemy w pełni mechanizmów molekularnych, które napędzają je do zastąpienia wszystkich tych różnych typów komórek. Zdefiniowane metody ranienia, które wywołują precyzyjne reakcje komórek macierzystych, mogą pomóc w określeniu tego złożonego procesu.
Gardło to duża, cylindryczna rurka potrzebna do odżywiania, zawierająca neurony, mięśnie, komórki nabłonkowe i wydzielnicze13,29. Zwykle ukryty w torbie po brzusznej stronie zwierzęcia, rozciąga się przez pojedynczy otwór ciała zwierzęcia po wyczuciu obecności pokarmu. Aby selektywnie amputować gardło, moczymy wypławki w substancji chemicznej zwanej azydkiem sodu, powszechnie stosowanym środkiem znieczulającym w C. elegans14,15,16. Jego zastosowanie u wypławków zostało po raz pierwszy zgłoszone przez Adlera i wsp., w 2014 roku12. W ciągu kilku minut od wystawienia na działanie azydku sodu wypławki wypychają gardło, a przy delikatnym pobudzeniu gardło odrywa się od zwierzęcia. Tę całkowitą i selektywną utratę gardła nazywamy "amputacją chemiczną". Tydzień po amputacji przywracane jest w pełni funkcjonalne gardło12. Ponieważ gardło jest niezbędne do karmienia, regenerację funkcjonalną można zmierzyć, monitorując zachowania związane z karmieniem. Poniżej opisujemy protokół amputacji chemicznej oraz oceny regeneracji gardła i przywrócenia zachowań żywieniowych.