Artykuł przedstawia urządzenie μTongue (mikrofluidyka na języku) do funkcjonalnego obrazowania komórek smaku in vivo poprzez integrację mikrofluidyki z okienkiem obrazowania przyżyciowego na języku.
Artykuł metodologiczny
Artykuł przedstawia urządzenie μTongue (mikrofluidyka na języku) do funkcjonalnego obrazowania komórek smaku in vivo poprzez integrację mikrofluidyki z okienkiem obrazowania przyżyciowego na języku.
Mikroskopia fluorescencyjna przyżyciowej jest szeroko stosowanym narzędziem do badania dynamiki wielokomórkowej u żywego zwierzęcia. Nie został jednak z powodzeniem zastosowany w narządzie zmysłów smaku. Dzięki zintegrowaniu mikrofluidyki z okienkiem obrazowania języka przyżyciowego, μTongue zapewnia wiarygodne obrazy funkcjonalne komórek smakowych in vivo pod kontrolowaną ekspozycją na wiele degustacji. W artykule przedstawiono szczegółową procedurę korzystania z systemu μTongue krok po kroku. Składa się z pięciu podsekcji: przygotowanie roztworów degustacyjnych, konfiguracja modułu mikroprzepływowego, montaż próbki, pozyskiwanie funkcjonalnych danych obrazowych oraz analiza danych. Przedstawiono również kilka wskazówek i technik rozwiązywania praktycznych problemów, które mogą pojawić się podczas korzystania z μTongue.
Mikroskop fluorescencyjny przyżyciowy jest szeroko stosowany do badania dynamiki czasoprzestrzennej na żywych tkankach. Naukowcy szybko rozwijają genetycznie kodowane czujniki, które zapewniają specyficzne i czułe transformacje procesów biologicznych w sygnały fluorescencyjne - które można łatwo rejestrować za pomocą powszechnie dostępnych mikroskopów fluorescencyjnych1,2. Chociaż większość narządów wewnętrznych u gryzoni została przebadana przy użyciu mikroskopu, jego udane zastosowanie na języku nie zakończyło się jeszcze sukcesem3.
Poprzednie badania nad obrazowaniem komórek smakowych wapniem były prowadzone ex vivo poprzez cienkie cięcie tkanki języka w celu uzyskania obwodowych kubków smakowych4,5,6 lub poprzez odklejanie nabłonka smakowego w celu uzyskania grzybokształtnych kubków smakowych7,8. Przygotowanie tych próbek było nieuchronnie inwazyjne, dlatego naturalne mikrośrodowiska, takie jak unerwienie nerwów, bariery przepuszczalności i krążenie krwi, były w dużej mierze zaburzone. Pierwsze okno obrazowania języka w obrębie przewodu przyżyciowego zostało zgłoszone w 2015 roku przez Choi i wsp., ale wiarygodne zapisy funkcjonalne nie były osiągalne ze względu na artefakty ruchowe i optyczne spowodowane płynnymi bodźcami degustacyjnymi9.
Niedawno wprowadzono mikrofluidykę na języku (μTongue)10. To urządzenie integruje system mikroprzepływowy z okienkiem obrazowania na języku myszy. Osiągając quasi-ustalony przepływ bodźców smakowych przez cały okres obrazowania, artefakty wynikające z ruchu płynu mogą zostać zminimalizowane (Rysunek 1). Port wejściowy jest zasilany przez szereg wielokanałowych regulatorów ciśnienia, podczas gdy port wyjściowy jest podłączony do pompy strzykawkowej, która utrzymuje prędkość 0,3 ml/min. Dodatkowo, artefakty optyczne spowodowane różnicą w współczynnikach załamania światła roztworów degustacyjnych zostały zminimalizowane poprzez analizę ratiometryczną wprowadzającą wskaźnik niewrażliwy na wapń (tdTomato) oraz wskaźnik wapnia (GCaMP6)11. Taka konstrukcja zapewniła mikroskopijną stabilność komórek smakowych in vivo, nawet przy nagłym przełączaniu między kanałami płynowymi. W związku z tym μTongue wdraża niezawodne funkcjonalne badanie przesiewowe wielu smaków dla kubków smakowych myszy in vivo.
W tym protokole, procedury eksperymentalne są szczegółowo wyjaśnione dla obrazowania wapniowego kubków smakowych grzybów myszy in vivo za pomocą μTongue. Najpierw opisano przygotowanie sztucznej śliny i roztworów smakowych. Po drugie, wprowadza się ustawienie systemu mikroprzepływowego w celu osiągnięcia przepływu w stanie quasi-ustalonym. Po trzecie, opisano procedury używane do montażu języka myszy na μTongue, aby umożliwić akwizycję obrazu. Na koniec określono każdy etap analizy obrazu, w tym korekcję artefaktów ruchu bocznego i ratiometrię. Protokół ten można łatwo zaadaptować do każdego laboratorium badawczego wyposażonego w mysz i mikroskop dwufotonowy lub równoważny sprzęt.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury chirurgiczne zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt (IACUC) Uniwersytetu Sungkyunkwan i Uniwersytetu Narodowego w Seulu.
1. Przygotowanie roztworów: sztuczna ślina i degustatory
2. Przygotowanie układu mikroprzepływowego
UWAGA: Degustatory były dostarczane do języka myszy za pomocą ciśnieniowego, wielokanałowego systemu dostarczania płynów (patrz Rysunek 1 i Tabela materiałów).
3. Przygotowanie myszy do obrazowania in vivo (Rysunek 2).
UWAGA: Wszystkie preparaty dla zwierząt były przeprowadzane w ciągu dnia w warunkach aseptycznych na stole laboratoryjnym.
4. Akwizycja obrazowania
5. Analiza obrazu (Rysunek 3)
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Mysz Pirt-GCaMP6f-tdTomato została użyta do uzyskania obrazu kubka smakowego. Powierzchnia języka myszy pokryta była autofluorescencyjnymi brodawkami nitkowatymi. Kubki smakowe są rzadko rozsiane po powierzchni języka (Ryc. 4A). Obrazy kubka smakowego i jego struktury uzyskano za pomocą trzech różnych detektorów filtrujących. Korzystając z zestawu filtrów 607/70 nm, uzyskano sygnał tdTomato z komórek smakowych do analizy ratiometrycznej (Rysunek 4B). Za pomocą zestawu filtrów 525/5...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poniżej opisano szczegółowy protokół zastosowania μTongue do badania aktywności funkcjonalnej komórek smakowych in vivo. W tym protokole przeprowadza się funkcjonalne obrazowanie komórek smakowych przy użyciu genetycznie kodowanych wskaźników wapnia. Oprócz wykorzystania myszy transgenicznych, alternatywną opcją może być elektroforetyczne ładowanie barwników wapniowych (lub barwników wykrywających napięcie) na komórki smakowe.
W tym eksperymencie użyto wszystkich roztworów smakowych o...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują konkurencyjne interesy finansowe: J. Han i M. Choi są wynalazcami opatentowanej technologii μTongue opisanej w tym artykule, a system μTongue jest komercyjnie dostępny za pośrednictwem SciTech Korea.
Ta praca była wspierana przez Institute of Basic Science (IBS-R015-D1), grant National Research Foundation of Korea (NRF) finansowany przez rząd Korei (MSIT) (nr 2019M3A9E2061789) oraz przez grant National Research Foundation of Korea (NRF) finansowany przez rząd Korei (MSIT) (nr 2019M3E5D2A01058329). Jesteśmy wdzięczni Eunsoo Kim i Eugene'owi Lee za ich pomoc techniczną.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| acesulfam K | Sigma Aldrich | 04054-25G | Sztuczna ślina / smaczny |
| roztwór chlorku wapnia | Sigma Aldrich | 21115-100ML | Sztuczna ślina / degustacja |
| kwasu cytrynowego | Sigma Aldrich | C0759-100G | Sztuczna ślina / tastant |
| cykloheksymid | Sigma Aldrich | 01810-5G | Sztuczna ślina / degustacja |
| denatonium | Sigma Aldrich | D5765-5G | Sztuczna ślina / degustacja |
| Klej dentystyczny | Denkist | P0000CJT-A2 | Preparat dla zwierząt |
| Obraz J | NIH | ImageJ | Analiza danych |
| IMP | Sigma Aldrich | 57510-5G | Sztuczna ślina / degustacja |
| Klej błyskawiczny | Loctite | Loctite 4161, Henkel | Preparat dla zwierząt |
| K2HPO4 | Sigma Aldrich | P3786-100G | Sztuczna ślina / tastant |
| KCl | Sigma Aldrich | P9541-500G | Sztuczna ślina / degustacja |
| Ketamina | Yuhan | Ketamina 50 | Preparat dla zwierząt |
| KH2PO4 | Sigma Aldrich | P0662-25G | Sztuczna ślina / tastant |
| KHCO3 | Sigma Aldrich | 237205-500G | Sztuczna ślina / tastant |
| MATLAB | Mathwork | MATLAB | Analiza danych |
| MgCl2 | Sigma Aldrich | M8266-100G | Sztuczna ślina / tastant |
| MPG | Sigma Aldrich | 49601-100G | Sztuczna ślina / tastant |
| Mutiphoton | mikroskop Thorlab | Bergamo II | Mikroskop |
| NaCl | Sigma Aldrich | S3014-500G | Sztuczna ślina / tastant |
| NaHCO3 | Sigma Aldrich | 792519-500G | Sztuczna ślina / tastant |
| Obiektyw | Nikon | N16XLWD-PF | Mikroskop |
| Octaflow | ALA Scientific Instruments | OCTAFLOW II | Sterowanie przepływem |
| PC | LG | Lg15N54 | Miernik pH z kontrolą płynów |
| Thermoscientific | ORION STAR AZ11 | Sztuczna ślina / degustacja | |
| Solanka buforowana fosforanami | Sigma Aldrich | 806562 | Sztuczna ślina / tastant |
| chinina | Sigma Aldrich | Q1125-5G | Sztuczna ślina / degustacja |
| Pompa strzykawkowa | Havard Apparatus | PHD ULTRA 4400 | Kontrola |
| płynówTRITC-dekstran | Sigma Aldrich | 52194-1G | Przygotowanie dla zwierząt |
| Ultraszybki laser | światłowodowy Toptica | FFultra920 01042 | Mikroskop |
| Ksylazyna | Bayer Korea | Rompun | Preparat dla zwierząt |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie