Nicień Caenorhabditis elegans (C. elegans) jest szeroko wykorzystywanym organizmem modelowym do badania procesów biologicznych, takich jak rozwój i zachowanie, ze względu na jego silnie zachowaną genetykę z odpowiednikami ssaków1. Naukowcy hodują C. elegans na pożywce wzrostowej nicieni (NGM) w ściśle kontrolowanym środowisku, które standaryzuje warunki eksperymentalne i pozwala na bardziej precyzyjne przypisanie wyników zmiennym eksperymentalnym. Zwierzę jest przezroczyste, co umożliwia wyraźne obrazowanie tkanek, komórek i struktur subkomórkowych. C. elegans są małe, dorosłe zwierzęta mają ~1 mm długości i 80 μm średnicy, co pozwala na umieszczenie wielu zwierząt na jednym uchwycie ślizgowym do obrazowania1. Ich niewielkie rozmiary pozwalają również na uchwycenie pojedynczego obrazu całego organizmu przy jednoczesnej rozdzielczości pojedynczych komórek, co ma kluczowe znaczenie dla wizualizacji regeneracji włókien neuronowych. Synergiczny z tymi zaletami dla mikroskopii, szybki rozwój, stereotypowa anatomia i łatwa genetyka C. elegans pozwalają na badania na dużą skalę1.
Typowa procedura obrazowania komórek u C. elegans została ustalona dziesiątki lat temu i w dużej mierze pozostała niezmieniona. Naukowcy używają płaskich podkładek agarowych na szkiełkach do montażu i unieruchamiania zwierząt w celu wizualizacji ich komórek2. Szkiełko nakrywkowe na górze podkładki utrzymuje zwierzęta na miejscu i chroni soczewkę mikroskopu. Co ważne, szkiełko nakrywkowe ma wysoki współczynnik załamania światła, który zwiększa aperturę numeryczną przechwytywanego światła i poprawia rozdzielczość obrazowania. Dodatkowo szkiełko nakrywkowe zmniejsza zniekształcenia w przepuszczalności światła. W ten sposób szkiełko nakrywkowe poprawia wizualizację docelowych komórek i struktur.
Jednak w połączeniu z szkiełkiem nakrywkowym, płaskie podkładki agarowe często ograniczają orientację zwierząt. C. elegans zgina się wzdłuż kierunku grzbietowo-brzusznego (DV), tak aby przyjmowały orientację boczną na płaskiej podkładce agarowej. Jednak nawet po unieruchomieniu, wyprostowaniu i wstępnym obróceniu do orientacji DV, umieszczenie szkiełek nakrywkowych przywraca prawie wszystkie zwierzęta do widoku bocznego (Rysunek 1). Uważamy, że ta reorientacja następuje, ponieważ szkiełko nakrywkowe wypycha wystający srom C. elegans na bok. Młodsze zwierzęta bez sromu są bardziej zorientowane losowo. Ta ograniczona kontrola nad orientacją jest problematyczna z co najmniej dwóch powodów. Po pierwsze, może nie pozwalać na umieszczenie dwóch struktur w jednym polu widzenia (np. dwustronnym), co komplikuje ich porównanie. Po drugie, ustawienie orientacji jest ważne dla optymalizacji jakości obrazowania, ponieważ struktury będące przedmiotem zainteresowania są zazwyczaj najlepiej obrazowane, gdy znajdują się blisko obiektywu. Dzieje się tak dlatego, że obiektywy obrazują ograniczoną głębokość w próbce (tj. odległość roboczą) oraz dlatego, że światło z głębszych miejsc ulega większemu rozpraszaniu i absorpcji.
Dla C. elegans, ograniczona kontrola nad orientacją jest generalnie poważniejsza u starszych zwierząt. Zwierzęta w wieku od L1 do L4 mają mniejszą średnicę, co sprawia, że większa część robaka jest obrazowalna. Larwy te mają również mniejszą pigmentację, co skutkuje zmniejszoną absorpcją światła widzialnego i rozpraszaniem fotonów, co poprawia klarowność i rozdzielczość obrazu. I odwrotnie, dorosłe zwierzęta mają większą średnicę i większą pigmentację, co stanowi wyzwanie dla obrazowania w głębszych płaszczyznach z, ponieważ szkiełko nakrywkowe wpływa na początkową orientację.
W 2008 roku wprowadziliśmy strategię wykorzystującą podkładki agarowe z kanałami, aby sprostać tym wyzwaniom poprzez utrzymanie orientacji zwierząt3,4. Jak opisano poniżej, użytkownicy obracają unieruchomione zwierzęta w kanałach do pożądanej orientacji, zauważając anatomiczne punkty orientacyjne. Kanały utrzymują zwierzęta w zagłębieniach między podwyższonymi powierzchniami agaru, minimalizując siłę działającą na zwierzę podczas zakładania szkiełka nakrywkowego i eliminując obracanie się zwierzęcia. Ponieważ wytwarzanie padów kanałowych i zwykłych płaskich padów przebiega prawie tak samo proceduralnie i wymaga tego samego czasu, nasza technika jest bardzo dostępna. Wiele laboratoriów wykorzystuje naszą technikę do unieruchamiania C. elegans do badania cech anatomicznych, obserwacji rozwoju i analizowania wkładu neuronów w zachowanie5,6,7,8. Poniższa sekcja opisuje cały proces wytwarzania agaru kanałowego, zaczynając od płyty winylowej, która została pocięta na ćwiartki za pomocą gorącego noża. Po pierwsze, opisujemy wytwarzanie formy z polidimetylosiloksanu (PDMS) używanej do odlewania agaru kanałowego. Następnie pokazujemy, jak krok po kroku wykonać agar kanałowy. Oczekuje się, że cała procedura zajmie 3 godziny bez specjalistycznej wiedzy. Zgodnie z procedurą wytwarzania PDMS, wykonanie padów wykonanych za pomocą formy zajmie tyle samo czasu, co typowe podkładki agarowe (kilka minut).