Artykuł opisuje szybki protokół oznaczania naczyń krwionośnych u ryby teleost za pomocą perfuzji serca DiI rozcieńczonego w utrwalacza, używając medaka (Oryzias latipes) jako modelu i skupiając się na tkance mózgu i przysadki mózgowej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Artykuł opisuje szybki protokół oznaczania naczyń krwionośnych u ryby teleost za pomocą perfuzji serca DiI rozcieńczonego w utrwalacza, używając medaka (Oryzias latipes) jako modelu i skupiając się na tkance mózgu i przysadki mózgowej.
Naczynia krwionośne unerwiają wszystkie tkanki kręgowców, umożliwiając im przetrwanie poprzez dostarczanie niezbędnych składników odżywczych, tlenu i sygnałów hormonalnych. Jest to jeden z pierwszych narządów, który zaczyna funkcjonować w trakcie rozwoju. Mechanizmy powstawania naczyń krwionośnych stały się przedmiotem dużego zainteresowania naukowego i klinicznego. Jednak u dorosłych trudno jest uwidocznić układ naczyniowy u większości żyjących zwierząt ze względu na ich lokalizację głęboko w innych tkankach. Niemniej jednak wizualizacja naczyń krwionośnych pozostaje ważna dla kilku badań, takich jak endokrynologia i neurobiologia. Podczas gdy u danio pręgowanego opracowano kilka linii transgenicznych, których naczynia krwionośne są bezpośrednio uwidocznione poprzez ekspresję białek fluorescencyjnych, takie narzędzia nie istnieją dla innych gatunków teleostów. Wykorzystując medaka (Oryzias latipes) jako model, obecny protokół przedstawia szybką i bezpośrednią technikę oznaczania naczyń krwionośnych w mózgu i przysadce mózgowej poprzez przenikanie przez serce za pomocą utrwalacza zawierającego DiI. Protokół ten pozwala lepiej zrozumieć, w jaki sposób komórki mózgu i przysadki mózgowej oddziałują z naczyniem krwi w całej tkance lub grubych warstwach tkanki.
Naczynia krwionośne odgrywają istotną rolę w organizmie kręgowców, ponieważ dostarczają niezbędnych składników odżywczych, tlenu i sygnałów hormonalnych do wszystkich organów. Ponadto, od czasu odkrycia ich udziału w rozwoju raka1, poświęcono im wiele uwagi w badaniach klinicznych. Chociaż w wielu publikacjach badano mechanizmy umożliwiające wzrost i morfogenezę naczyń krwionośnych oraz zidentyfikowano dużą liczbę genów ważnych dla ich powstawania2, wiele pozostaje do zrozumienia na temat interakcji między komórkami lub tkankami a krążącą krwią.
Wizualizacja układu krwionośnego w mózgu i przysadce mózgowej jest ważna. Neurony w mózgu wymagają dużego dopływu tlenu i glukozy3, a przysadka zawiera do ośmiu ważnych typów komórek produkujących hormony, które wykorzystują przepływ krwi do odbierania sygnałów z mózgu i wysyłania odpowiednich hormonów do różnych narządów obwodowych4,5. Podczas gdy u ssaków system portali u podstawy podwzgórza, zwany środkową wyniosłością, łączy mózg i przysadkę mózgową6, taki wyraźny most krwi nie został opisany u ryb teleost. Rzeczywiście, w teleostach neurony przedwzrokowo-podwzgórzowe bezpośrednio rzutują swoje aksony do pars nervosa przysadki mózgowej7 i głównie unerwiają bezpośrednio różne typy komórek endokrynnych8,9. Jednak niektóre z tych neuronów mają zakończenia nerwowe zlokalizowane w przestrzeni pozanaczyniowej, w bliskim sąsiedztwie naczyń włosowatych krwi10. Dlatego różnica między rybami teleostycznymi a ssakami nie jest tak wyraźna, a związek między naczyniami krwionośnymi a komórkami mózgu i przysadki mózgowej wymaga dokładniejszych badań u ryb teleostowych.
Danio pręgowany ma, pod wieloma względami, anatomicznie i funkcjonalnie porównywalny system naczyniowy do innych gatunków kręgowców11. Stał się potężnym modelem kręgowców do badań sercowo-naczyniowych, głównie dzięki rozwojowi kilku linii transgenicznych, w których składniki układu naczyniowego są znakowane fluorescencyjnymi białkami reporterowymi12. Jednak dokładna anatomia układu krążenia może się różnić w zależności od gatunku, a nawet między dwoma osobnikami należącymi do tego samego gatunku. W związku z tym wizualizacja naczyń krwionośnych może być bardzo interesująca również u innych gatunków teleostów, dla których nie istnieją narzędzia do transgenezy.
Opisano kilka technik oznaczania naczyń krwionośnych zarówno u ssaków, jak i u teleostów. Obejmują one hybrydyzację in situ dla genów specyficznych dla układu krwionośnego, barwienie fosfatazą alkaliczną, mikroangiografię i iniekcje barwnika (przegląd zobacz13). Fluorescencyjny lipofilowy kationowy barwnik indokarbocyjaninowy (DiI) został po raz pierwszy użyty do badania bocznej ruchliwości lipidów błonowych, ponieważ jest zatrzymywany w dwuwarstwach lipidowych i może przez nie migrować14,15,16. Rzeczywiście, cząsteczka DiI składa się z dwóch łańcuchów węglowodorowych i chromoforów. Podczas gdy łańcuchy węglowodorowe integrują się w dwuwarstwowej błonie komórkowej lipidów komórek stykających się z nią, chromofory pozostają na jej powierzchni17. Po dostaniu się do błony cząsteczki DiI dyfundują bocznie w dwuwarstwie lipidowej, co pomaga zabarwić struktury błonowe, które nie mają bezpośredniego kontaktu z roztworem DiI. Wstrzyknięcie roztworu DiI poprzez perfuzję serca spowoduje zatem oznakowanie wszystkich komórek śródbłonka mających kontakt ze związkiem, umożliwiając bezpośrednie znakowanie naczyń krwionośnych. Obecnie DiI jest również używany do innych celów barwienia, takich jak obrazowanie pojedynczych cząsteczek, mapowanie losu i śledzenie neuronów. Co ciekawe, istnieje kilka fluoroforów (o różnych długościach fal emisji) pozwalających na połączenie z innymi etykietami fluorescencyjnymi, a inkorporacja, jak również boczna dyfuzja DiI może zachodzić zarówno w żywych, jak i utrwalonych tkankach18,19.
Formaldehyd, odkryty przez Ferdinanda Bluma w 1893 roku, jest powszechnie stosowany do dnia dzisiejszego jako preferowana substancja chemiczna do utrwalania tkanek20,21. Wykazuje szeroką specyficzność dla większości celów komórkowych i zachowuje strukturę komórkową22,23. Zachowuje również właściwości fluorescencyjne większości fluoroforów, a zatem może być stosowany do utrwalania zwierząt transgenicznych, u których komórki docelowe wykazują ekspresję fluorescencyjnych białek reporterowych.
W tym manuskrypcie, poprzedni protokół opracowany do oznaczania naczyń krwionośnych w małych eksperymentalnych modelach ssaków24 został dostosowany do stosowania u ryb. Cała procedura trwa tylko kilka godzin. Pokazuje, jak perfaktorować utrwalający roztwór formaldehydu zawierający DiI w sercu ryby w celu bezpośredniego znakowania wszystkich naczyń krwionośnych w mózgu i przysadce mózgowej modelowej ryby. Medaka to mała ryba słodkowodna pochodząca z Azji, występująca głównie w Japonii. Jest to model badawczy organizmu z zestawem dostępnych narzędzi molekularnych i genetycznych25. Dlatego identyfikacja naczyń krwionośnych u tego gatunku, a także u innych, pozwoli lepiej zrozumieć, w jaki sposób komórki mózgu i przysadki mózgowej oddziałują z unaczynieniem krwi w całej tkance lub grubych warstwach tkanki.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie czynności związane ze zwierzętami były wykonywane zgodnie z zaleceniami dotyczącymi opieki i dobrostanu zwierząt badawczych na Norweskim Uniwersytecie Nauk Przyrodniczych oraz pod nadzorem uprawnionych badaczy.
1. Przygotowanie instrumentów i roztworów
2. Rozwarstwienie i perfuzja
UWAGA: PFA jest toksycznym związkiem lotnym, dlatego sekcja i perfuzja powinny być wykonywane w kapturze lub w wentylowanym pomieszczeniu, a użytkownik musi mieć na sobie maskę przeciwgazową.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Niniejszy protokół przedstawia szczegółową procedurę znakowania naczyń krwionośnych w mózgu i przysadce ryby medaka przy jednoczesnej fiksacji tkanki. Po znakowaniu poprzez wstrzyknięcie do serca roztworu fiksacyjnego zawierającego DiI, naczynia krwionośne można obserwować na skrawkach za pomocą fluorescencyjnego stereomikroskopu (Rycina 4) lub w całej tkance za pomocą mikroskopu konfokalnego (Rycina 5). Zarówno na grubych skrawkach tkankowych, jak i w całej tka...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Perfuzja serca za pomocą DiI była wcześniej używana do oznaczania naczyń krwionośnych u kilku gatunków modelowych24, w tym ryb teleost13.
Ponieważ DiI jest bezpośrednio dostarczane do błony komórkowej śródbłonka przez perfuzję w układzie krwionośnym, możliwe jest zwiększenie stosunku sygnału do szumu poprzez zwiększenie stężenia DiI w roztworze utrwalającym. Ponadto fluorofor zapewnia intensywne barwienie po wzbudzeniu przy minimalnym ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia
Dziękujemy dr Shinji Kanda za demonstrację perfuzji serca za pomocą roztworu utrwalającego w medace, Pani Lourdes Carreon G Tan za pomoc w hodowli medaka oraz Panu Anthony'emu Peltierowi za ilustracje. Praca ta została sfinansowana przez NMBU oraz Norweską Radę ds. Badań Naukowych, grant nr 248828 (program Digital Life Norway).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 16% paraformaldehyd | Mikroskopia elektronowa Sciences | RT 15711 | |
| 5 ml Strzykawka PP/PE bez igły | Strzykawki | Sigma | Z116866-100EA |
| Igły strzykawkowe BD Precisionglide | Sigma | Z118044-100EA | 18G (1,20*40) |
| Szkło borokrzemianowe 10 cm OD 1,2 mm | Sutter Pipeta | ||
| szklana BF120-94-10DiI (1,1′-dioctadecyl-3,3,3′,3′,-tetramethylindocarbocyjanine'perate) | Invitrogen | D-282 | |
| LDPE rurka OD 1,7 mm i ID 1,1 mm | Portex | 800/110/340/100 | canula |
| Bufor fosforanowy roztwór soli fizjologicznej (PBS) | Sigma | D8537-6X500ML | |
| Ściągacz do pipet | Narishige | PC-10 | |
| Plastikowe szalki Petriego | VWR | 391-0442 | |
| Super klej | żelowy loctite | c4356 | |
| Trikaina (ms-222) | sigma | E10521-50G |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.