Name: Opracowanie i optymalizacja wysokoprzepustowej konfiguracji do badania zakażeń Staphylococcus epidermidis i Mycobacterium marinum jako modelu do odkrywania leków (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-26T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 19 s
Description: Poznaj wysokoprzepustową metodę infekcji zarodków Danio rerio bakteriami Staphylococcus epidermidis i Mycobacterium marinum przy użyciu zautomatyzowanego mikroinjektoru. Technika ta umożliwia szybkie testowanie związków leczniczych i przyspiesza odkrywanie nowych leków przeciwko infekcjom.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Jesteśmy wdzięczni Leonie de Boer i Bas Zaat (Akademickie Centrum Medyczne) za dostarczenie nam szczepu S. epidermidis O-47. Dziękujemy Rico Bongaartsowi, Francisowi Smetowi i Angeli Comas (Union Biometrica) za pomoc i porady dotyczące analizy COPAS XL i VAST BioImager. Dziękujemy Davy'emu de Wittowi, Ulrike Nehrdich i Laurze van Hulst za opiekę nad rybami, a także innym kolegom z Uniwersytetu w Lejdzie za pomocne dyskusje. Badania te stanowią część projektu P5.03 IBIZA programu badawczego Instytutu Materiałów Biomedycznych, współfinansowanego przez holenderskie Ministerstwo Gospodarki oraz programu Smart Mix (NWOA_6QY9BM) Ministerstwa Gospodarki Holandii oraz Ministerstwa Edukacji, Kultury i Nauki Holandii. Dodatkowe wsparcie uzyskano w ramach unijnego projektu ZF-Health (FP7-Health-2009-242048), a RMJ otrzymał wsparcie w ramach stypendium Marie Curie jako doświadczony badacz w unijnej sieci szkoleń wstępnych FishForPharma (PITN-GA-2011-289209). SJR otrzymało dofinansowanie ze środków Wspólnego Przedsięwzięcia na rzecz Inicjatywy w zakresie Leków Innowacyjnych na podstawie umowy o udzielenie dotacji nr 115337, którego środki pochodzą z wkładu finansowego z Siódmego Programu Ramowego Unii Europejskiej (7PR/2007-2013) oraz wkładu rzeczowego przedsiębiorstw EFPIA. Autorzy dziękują również za wsparcie finansowe ze strony Funduszu Uniwersytetu w Lejdzie (LUF) na rzecz robotyki oraz z firmy Cyttron w ramach programu Besluit Subsidies Investeringen Kennisinfrastructuur, który z kolei jest wspierany finansowo przez Holenderską Organizację Badań Naukowych dla urządzeń do obrazowania. Zakup systemu COPAS był częściowo wspierany przez Wydział Nauk o Ziemi i Naukach Przyrodniczych (ALW) przy wsparciu finansowym Holenderskiej Organizacji Badań Naukowych (NWO, 834.10.004).

1. Szczepy bakterii i warunki wzrostu
<ol>
	<li>Przygotować S. epidermidis Inoculum
	<ol>
		<li>Weź kilka pojedynczych kolonii z S. epidermidis szczep O-47, zawierający wektor ekspresyjny mCherry pochodzący z pWVW189 (De Boer L. niepublikowany) z płytki agarowej Luria Bertani (LB) uzupełnionej 10 μg/ml chloramfenikolu i hoduj przez noc w temperaturze 37 °C w 25 ml pożywki LB uzupełnionej 10 μg / ml chloramfenikolu do etapu midlog.</li>
		<li>Odwirować 1 ml kultury o stężeniu 12 000 x g przez 1 minutę, a następnie przemyć je 3x 1 ml sterylnego roztworu soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS) z 0,3% (v/v) Tween-80.</li>
		<li>Zmierzyć gęstość optyczną przy 600 nm (OD600) i rozcieńczyć zawiesinę bakteryjną do OD600 0,3 w 2% (w/v) poliwinylopirolidon40 (pvp40) w PBS. Uwaga: OD600 wynoszące 0,3 odpowiada 1,0 x 108 jednostek tworzących kolonie/ml (jtk/ml).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotować M. marinum Inoculum
	<ol>
		<li>Pobrać kilka pojedynczych kolonii ze szczepu M. marinum M lub E11 zawierających wektor pSMT3-mCherry stabilnie eksprymujący mCherry10 z płytki agarowej Middlebrook 7H10 z 10% (v/v) wzbogaceniem Middlebrook OADC uzupełnionym 50 μg/ml higromycyny i hodować przez noc w temperaturze 28 °C w 10 ml bulionu Middlebrook 7H9 z 10% (v/v) wzbogaceniem Middlebrook ADC uzupełnionym 50 μg/ml higromycyny.</li>
		<li>Odwirować 1 ml kultury o sile 12 000 x g przez 1 minutę, a następnie przemyć ją 3x 1 ml sterylnego PBS z 0,3% (v/v) Tween-80.</li>
		<li>Zmierz OD600 i rozcieńczyć zawiesinę bakteryjną do OD600 0,3 w 2% (w/v) pvp40 w PBS. Uwaga: OD600 równe 1 odpowiada 1,0 x 108 jtk/ml.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przygotuj jaja danio pręgowanego
<ol>
	<li>Umieścić maksymalnie 70 samców i 50 samic danio pręgowanego typu dzikiego oddzielnie w dużym statku hodowlanym. Uwaga: Umieść samicę ryby w dolnej części dużego statku hodowlanego.</li>
	<li>Wyjmij separator następnego dnia rano, aby danio pręgowany mógł rozpocząć rozmnażanie.</li>
	<li>Zebrać jaja na dnie dużego naczynia hodowlanego przez pojemnik na jaja do probówki o pojemności 50 ml wypełnionej wodą z jaj (60 μg/ml rozpuszczalnej soli morskiej</li>).
</ol>
3. Igły iniekcyjne
<ol>
	<li>Zaopatrz się w dostępne na rynku szklane igły kapilarne wykonane na zamówienie o średnicy wewnętrznej 10 μm.</li>
</ol>
4. Eksperymentalny zarys iniekcji
<ol>
	<li>Zagotować 100 ml 1% (w/v) agarozy w wodzie jajecznej i schłodzić do około 40 °C. Wlać agarozę do płytki automatycznego mikrowstrzykiwacza i umieścić 1,024-dołkowy stempel w agarozie. Uwaga: Płytka jest gotowa do użycia po schłodzeniu.</li>
	<li>W oprogramowaniu operacyjnym automatycznego mikrowtryskiwacza kliknij "Kalibruj stage", a następnie kliknij siatkę studzienki "1024" i umieść płytkę agarozową w mikrowtryskiwaczu i skalibruj płytkę, klikając na ekranie w środkowej pozycji studzienki.</li>
	<li>Przejdź do "menu igieł" i kliknij "skalibruj uchwyt igły".</li>
	<li>Napełnić igłę do wstrzykiwań za pomocą końcówki do mikronaładowania 10 μl pvp40 zawierającej 100 jtk/nl S. epidermidis lub 30 jtk/nl M. marinum lub użyć pvp40 jako imitacji iniekcji.</li>
	<li>Umieść igłę w automatycznym mikrowstrzykiwaczu i skalibruj pozycję x, y, opuszczając lub przesuwając igłę w górę i klikając na ekranie w pozycji igły. Następnie skalibruj pozycję z igły, klikając na ekranie w pozycji końcówki igły.</li>
	<li>Rozprowadź jajka na siatce agarozowej za pomocą plastikowej pipety transferowej i usuń nadmiar wody z jajek. Umieść siatkę agarozową w automatycznym mikrowtryskiwaczu.</li>
	<li>Przejdź do "Menu wtrysku" i ustaw "Ciśnienie wtrysku" na 200 hPa, "Czas wtrysku" 0,2 sekundy i "Ciśnienie kompensacji" 15 hPa, co odpowiada 1 nl, w menu ustawień Femtojet.</li>
	<li>Kliknij przycisk "Wstrzyknij wszystko", aby wstrzyknąć całą płytkę.</li>
	<li>Zebrać jaja po wstrzyknięciu, myjąc je na szalce Petriego (92 x 16 mm), z maksymalną liczbą 70 zarodków na płytkę Petriego, i inkubować w temperaturze 28 °C.</li>
</ol>
5. Analiza cytometru przepływowego
<ol>
	<li>Przygotować cytometr przepływu dużych cząstek zgodnie z instrukcjami producenta i napełnić kubek na próbkę i pojemnik na płyn w osłonce wodą jajeczną.</li>
	<li>W oprogramowaniu operacyjnym przejdź do menu "PMT" i użyj następujących ustawień: 650 V dla kanału "Czerwony" i 0 V dla kanału "Zielony" i "Żółty". Następnie przejdź do menu "Progi" i użyj następujących ustawień: sygnał progowy "Gęstość optyczna": 975 mV (wartość COPAS: XL: 50) i minimalny "Czas przelotu" (TOF) do 320 μs (wartość COPAS XL: 800) w celu zmniejszenia wpływu zanieczyszczeń.</li>
	<li>W celu analizy bez sortowania zarodków przejdź do kroku 5.4, w celu analizy i sortowania zarodków na szalkę Petriego przejdź do kroku 5.5, a w celu analizy i sortowania zarodków na płytkę 96-dołkową przejdź do kroku 5.6.</li>
	<li>Umieść zarodki w kubku na próbkę i kliknij przycisk "start", aby rozpocząć analizę. Gdy wszystkie zarodki zostaną przeanalizowane, przerwij analizę, klikając przycisk "zatrzymaj". Zapisz dane, klikając "Przechowuj wszystko". Uwaga: Wszystkie dane są przechowywane jako pliki TXT, LMD, DAT, CSV i BSRT. Postępuj zgodnie z protokołem opisanym w kroku 5.7.</li>
	<li>Umieścić zarodki w pojemniku na próbkę i określić maksymalną liczbę 70 zarodków na płytkę do sortowania, wpisując liczbę 70 w menu "Sortowanie". Umieść pustą szalkę Petriego pod sorterem i kliknij "Sortowanie ręczne". Gdy szalka Petriego zostanie napełniona, zapisz dane, klikając "Przechowuj wszystko". Uwaga: Wszystkie dane są przechowywane jako pliki TXT, LMD, DAT, CSV i BSRT. Postępuj zgodnie z protokołem opisanym w kroku 5.7.</li>
	<li>Umieścić zarodki w kubku na próbkę i określić maksymalną liczbę 1 zarodka na studzienkę do sortowania, wpisując liczbę 1 w menu "Sortowanie". Umieść pustą 96-dołkową płytkę w lewym uchwycie płytki i kliknij przycisk "Napełnij płytkę". Po napełnieniu płytki 96-dołkowej zapisz dane, klikając przycisk "Przechowywać wszystko". Uwaga: Wszystkie dane są przechowywane jako pliki TXT, LMD, DAT, CSV i BSRT. Postępuj zgodnie z protokołem opisanym w kroku 5.7.</li>
	<li>Pobierz plik TXT, aby przetworzyć surowe dane, użyj następujących ustawień filtru danych: 'Wybór statusu': 40, a jeśli używasz modułu sortowania 'Sortowanie statusu': 6. Następnie użyj liczb z całkowitego sygnału fluorescencji z kanału "Czerwony", aby obliczyć średnią i błąd standardowy średniej. Wykreśl te zestawy danych na wykresach słupkowych lub punktowych.</li>
</ol>
6. Leczenie uzależnień od narkotyków
<ol>
	<li>Analizuj i sortuj zarodki zakażone M. marinum w dwóch równych grupach po 3 dniach od wstrzyknięcia (dpi) za pomocą cytometru przepływu dużych cząstek (krok 5.5). Traktować jedną grupę związkiem będącym przedmiotem zainteresowania w rozpuszczalniku nośnikowym, a drugą samym rozpuszczalnikiem nośnikowym (kontrola). Zastosuj podobne zabiegi do symulowanej kontroli wstrzykniętej, aby przetestować skutki uboczne antybiotyków.</li>
	<li>Powtórzyć analizę w 4 i 5 dpi (krok 5.5) i odświeżyć wodę z jaj lub wodę z jaj zawierającą ten związek.</li>
</ol>
7. Obrazowanie w wysokiej rozdzielczości
<ol>
	<li>Znieczulić zarodki 0,02% (w/v) buforowanym estrem etylowym kwasu 3-aminobenzoesowego (Trikaina) w wodzie jajecznej 10 minut przed analizą.</li>
	<li>Przygotować system Technologii Automatycznego Badania Kręgowców oraz Próbnik Dużych Cząstek zgodnie z instrukcjami producenta.</li>
	<li>Wybierz obrazy referencyjne odpowiadające wiekowi zarodków z menu "Obrazowanie – Obiekt – Ustawienia wykrywania".</li>
	<li>Wybierz liczbę zdjęć i orientację, które mają zostać wykonane przez system Vertebrate Automated Screening Technology z menu "Obrazowanie – Automatyczne zapisywanie obrazów".</li>
	<li>Umieścić 96-dołkową płytkę wypełnioną zarodkami (z kroku 5.6) w lewym uchwycie płytki próbnika dużych cząstek i kliknąć przycisk "Uruchom płytkę".</li>
	<li>Gdy zarodek zostanie wykryty i prawidłowo ustawiony, należy wykonać zdjęcie głowy i ogona oddzielnie za pomocą CLSM za pomocą 10-krotnego suchego obiektywu, a następnie zszyć obrazy za pomocą oprogramowania do przetwarzania obrazu.</li>
</ol>

<ol><li>Meijer, A. H., Spaink, H. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Host-pathogen+interactions+made+transparent+with+the+zebrafish+model%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Drug+Targets%22%5BJournal%5D)">Host-pathogen interactions made transparent with the zebrafish model.</a> Curr Drug Targets. 12, 1000-1017 (2011).</li>
<li>Tobin, D. M., Ramakrishnan, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparative+pathogenesis+of+Mycobacterium+marinum+and+Mycobacterium+tuberculosis%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Microbiol%22%5BJournal%5D)">Comparative pathogenesis of Mycobacterium marinum and Mycobacterium tuberculosis.</a> Cell Microbiol. 10, 1027-1039 (2008).</li>
<li>Boelens, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomaterial-associated+persistence+of+Staphylococcus+epidermidis+in+pericatheter+macrophages%5BTitle%5D)+AND+%22J+Infect+Dis%22%5BJournal%5D)">Biomaterial-associated persistence of Staphylococcus epidermidis in pericatheter macrophages.</a> J Infect Dis. 181, 1337-1349 (2000).</li>
<li>Broekhuizen, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+around+catheters+is+a+niche+for+bacteria+associated+with+medical+device+infection%5BTitle%5D)+AND+%22Crit+Care+Med%22%5BJournal%5D)">Tissue around catheters is a niche for bacteria associated with medical device infection.</a> Crit Care Med. 36, 2395-2402 (2008).</li>
<li>Busscher, H. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biomaterial-associated+infection%3A+locating+the+finish+line+in+the+race+for+the+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Transl+Med%22%5BJournal%5D)">Biomaterial-associated infection: locating the finish line in the race for the surface.</a> Sci Transl Med. 4, (2012).</li>
<li>Benard, E. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Infection+of+zebrafish+embryos+with+intracellular+bacterial+pathogens%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Infection of zebrafish embryos with intracellular bacterial pathogens.</a> J Vis Exp. , (2012).</li>
<li>Carvalho, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+high-throughput+screen+for+tuberculosis+progression%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">A high-throughput screen for tuberculosis progression.</a> PLoS One. 6, (2011).</li>
<li>Veneman, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+zebrafish+high+throughput+screening+system+used+for+Staphylococcus+epidermidis+infection+marker+discovery%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Genomics%22%5BJournal%5D)">A zebrafish high throughput screening system used for Staphylococcus epidermidis infection marker discovery.</a> BMC Genomics. 14, 255 (2013).</li>
<li>Sar, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mycobacterium+marinum+strains+can+be+divided+into+two+distinct+types+based+on+genetic+diversity+and+virulence%5BTitle%5D)+AND+%22Infect+Immun%22%5BJournal%5D)">Mycobacterium marinum strains can be divided into two distinct types based on genetic diversity and virulence.</a> Infect Immun. 72, 6306-6312 (2004).</li>
<li>Stoop, E. J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zebrafish+embryo+screen+for+mycobacterial+genes+involved+in+the+initiation+of+granuloma+formation+reveals+a+newly+identified+ESX-1+component%5BTitle%5D)+AND+%22Disease+Model.%2C+%26+Mechanisms%22%5BJournal%5D)">Zebrafish embryo screen for mycobacterial genes involved in the initiation of granuloma formation reveals a newly identified ESX-1 component.</a> Disease Model., & Mechanisms. 4, 526-536 (2011).</li>
<li>Adatto, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+system+for+the+rapid+collection+of+large+numbers+of+developmentally+staged+zebrafish+embryos%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">A new system for the rapid collection of large numbers of developmentally staged zebrafish embryos.</a> PLoS One. 6, (2011).</li>
<li>Kimmel, C. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stages+of+embryonic+development+of+the+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Dev+Dyn%22%5BJournal%5D)">Stages of embryonic development of the zebrafish.</a> Dev Dyn. 203, 253-310 (1995).</li>
<li>Spaink, H. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robotic+injection+of+zebrafish+embryos+for+high-throughput+screening+in+disease+models%5BTitle%5D)+AND+%22Methods%22%5BJournal%5D)">Robotic injection of zebrafish embryos for high-throughput screening in disease models.</a> Methods. 62, 246-254 (2013).</li>
<li>Lawson, N. D., Weinstein, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+imaging+of+embryonic+vascular+development+using+transgenic+zebrafish%5BTitle%5D)+AND+%22Dev+Biol%22%5BJournal%5D)">In vivo imaging of embryonic vascular development using transgenic zebrafish.</a> Dev Biol. 248, 307-318 (2002).</li>
<li>Mathias, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Live+imaging+of+chronic+inflammation+caused+by+mutation+of+zebrafish+Hai1%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cell+Sci%22%5BJournal%5D)">Live imaging of chronic inflammation caused by mutation of zebrafish Hai1.</a> J Cell Sci. 120, 3372-3383 (2007).</li>
<li>Henkel, C. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+the+exomes+of+common+carp+%28Cyprinus+carpio%29+and+zebrafish+%28Danio+rerio%29%5BTitle%5D)+AND+%22Zebrafish%22%5BJournal%5D)">Comparison of the exomes of common carp (Cyprinus carpio) and zebrafish (Danio rerio).</a> Zebrafish. 9, 59-67 (2012).</li>
<li>Chang, T. -Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fully+automated+cellular-resolution+vertebrate+screening+platform+with+parallel+animal+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Fully automated cellular-resolution vertebrate screening platform with parallel animal processing.</a> Lab on a Chip. 12, 711 (2012).</li>
<li>Pardo-Martin, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+in+vivo+vertebrate+screening%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">High-throughput in vivo vertebrate screening.</a> Nature Methods. 7, 634-636 (2010).</li>
</ol>

J.S jest właścicielem firmy Life Science Methods BV, która produkuje instrumenty użyte w tym artykule.

Metodologia wysokiej przepustowości opisana w tym artykule zapewnia szybki i ekonomiczny proces badań przesiewowych dużej liczby zarodków i larw ryb z różnymi typami infekcji. Zastosowanie dużego zbiornika hodowlanego zamiast tradycyjnych jedno- lub rodzinnych zbiorników hodowlanych ułatwiło kontrolę procesu tarła i wytwarzanie większej liczby synchronicznych jaj. Dzięki ulepszonej wersji zautomatyzowanego systemu mikroiniekcji7 możliwe jest wstrzyknięcie do 2500 komórek jajowych w tym samym etapie komórkowym w ciągu 1 godziny. Dzięki tym aktualizacjom i ulepszonemu oprogramowaniu możliwe jest wstrzyknięcie większej liczby komórek jajowych niż było to możliwe wcześniej, co można wykorzystać do wykonywania dużych badań przesiewowych leków z proliferacją bakterii jako odczytem. Jednak metoda ta jest nadal ograniczona do wstrzykiwania żółtka, innych dróg iniekcji, na przykład opisanych przez Benarda i wsp. (2012)Miejmy nadzieję, że 6 zostanie włączony do zautomatyzowanego systemu mikroiniekcji w najbliższej przyszłości.
Chociaż metody te są porównywane do badań przesiewowych danio pręgowanego, byłyby one przydatne również w przypadku innych gatunków ryb. Na przykład wykazano, że karp pospolity ma zalety w badaniach przesiewowych leków. Podobnie jak danio pręgowany, ikra i zarodki we wczesnym stadium rozwoju karpia pospolitego są przezroczyste, ale ich główną zaletą jest duży rozmiar ikry wynoszący setki tysięcy jaj i dostępność linii wsobnych, które oferują bardziej stałe tło genetyczne16.
Analiza dużych ilości zakażonych zarodków odbywa się za pomocą wysokoprzepustowego cytometru przepływowego z dużymi cząstkami. To urządzenie może sortować analizowane zarodki na płytki wielodołkowe lub szalkę Petriego, dzięki czemu jest szczególnie przydatne do testowania dużej liczby związków. Jeśli wymagana jest wyższa rozdzielczość obrazowania, konfiguracja jest dostosowywana w taki sposób, że technologia cytometru przepływu dużych cząstek może być wykorzystana do wstępnego badania przesiewowego, a następnie analizy próbek przy średniej przepustowości i wyższej rozdzielczości. Można to zrobić za pomocą technologii zautomatyzowanych badań przesiewowych kręgowców17,18. To urządzenie może automatycznie pobierać żywe lub utrwalone zarodki między 2 a 7 dniem po zapłodnieniu z wielodołkowej płytki lub pojemnika zbiorczego, obrazować 360° przez naczynia włosowate za pomocą CLSM lub mikroskopii stereoskopowej i ponownie wyrzucać do 2 pojemników zbiorczych, umożliwiając ręczne sortowanie zarodków na podstawie obrazów mikroskopowych. Przyszłe ulepszenia umożliwią sortowanie zarodków po obrazowaniu na płytkę wielodołkową, co umożliwi automatyczne badanie przesiewowe dużej liczby pojedynczych zarodków w czasie za pomocą CLSM. Zakładając, że w przyszłych zastosowaniach system Vertebrate Automated Screening Technology może być również połączony z technologią cytometru przepływu dużych cząstek bez konieczności wcześniejszego dozowania larw do płytek wielodołkowych, doprowadzi to do bardziej zaawansowanego sortowania.
W artykule opisano ustanowienie i optymalizację wysokoprzepustowej konfiguracji do badania infekcji S. epidermidis i M. marinum jako modelu odkrywania leków. Wykazano w nim, że wynik tych bakterii wstrzykniętych do żółtka zależy od etapu rozwoju jaj w momencie wstrzyknięcia. Wstrzyknięcie M. marinum E11 w stadium 16-128 komórek lub szczepu M w stadium 16-64 komórek prowadzi do tego samego wzorca infekcji, co wstrzyknięcie do żyły ogonowej 2,6. Jednak ta konfiguracja nie ogranicza się tylko do namnażania patogenów bakteryjnych. Wykazano wcześniej, że możliwe jest zrobotyzowane wstrzykiwanie roztworów zawierających DNA, RNA lub morfoliny w celu przeprowadzenia badań nad transgenezą, nadekspresją i nokautem genów,odpowiednio13. Ponadto wykazano, że ta konfiguracja jest również przydatna do badania proliferacji i migracji komórek rakowych. W związku z tym proces ten stanowi wszechstronną metodę wysokoprzepustowych badań przesiewowych różnych mechanizmów sygnałowych w kontekście odporności wrodzonej, stosowanej w chorobach zakaźnych i rozwoju raka. Badania te można łączyć z innymi w celu odkrywania leków, ale także z analizą możliwych skutków toksycznych zidentyfikowanych leków.

Do tej pory danio pręgowany (Danio rerio) został z powodzeniem uznany za skuteczny model do badania różnych chorób zakaźnych1. Zarodek danio pręgowanego oferuje wyjątkowe możliwości obrazowania in vivo ze względu na jego przezroczystość i dużą liczbę istniejących transgenicznych linii reporterowych eksprymujących białka fluorescencyjne. Ta potężna kombinacja umożliwia śledzenie różnych typów komórek odpornościowych w czasie podczas interakcji z patogenami, takimi jak Mycobacterium marinum, najbliższy krewny M. tuberculosis2, lub Staphylococcus epidermidis, główny czynnik wywołujący infekcję związaną z biomateriałem3-5. W zarodkach danio pręgowanego można stosować różne drogi zakażenia w zależności od celów badania6.
Jedną z tych dróg infekcji jest wstrzyknięcie bakterii w żółtko. Główną zaletą tej metody w porównaniu z innymi jest to, że infekcja żółtkiem może być przeprowadzana automatycznie za pomocą zrobotyzowanego wstrzykiwania, co znacznie skraca czas iniekcji i pozwala na wysoką powtarzalność infekcji 7,8.
Poprzednia praca, użycie danio pręgowanego jako systemu modelowego o wysokiej przepustowości in vivo do badania infekcji S. epidermidis i M. marinum okazała się skuteczna 7,8. System ten jest w stanie przeprowadzić badania przesiewowe pod kątem postępu choroby poprzez zrobotyzowane wstrzykiwanie żółtka wczesnym zarodkom i wykorzystanie odczytu fluorescencji jako miary obciążenia bakteryjnego. Zgodnie z tym założeniem, konfiguracja ta została zoptymalizowana i stworzyła wysoce wydajny rurociąg o wysokiej przepustowości, który może generować dużą liczbę jednorodnie zakażonych zarodków i śledzić postęp infekcji w czasie po leczeniu wieloma związkami. Przy ustalonej konfiguracji możliwe jest wygenerowanie do 8 000 synchronicznych zarodków do badań przesiewowych w kierunku postępu choroby, przetwarzając w ten sposób do 2 500 zarodków na godzinę. Zarodki są sortowane na podstawie obciążenia bakteryjnego przy użyciu zautomatyzowanego systemu, co zapewnia jednorodne grupy zakażonych larw. Ponadto, aby potwierdzić konfigurację, na zarodkach zakażonych szczepem M. marinum E11 lub bardziej zjadliwym szczepem M9 przetestowano efekty referencyjne, o których wiadomo, że zapobiegają postępowi gruźlicy u ssaków.
To badanie szczegółowo opisuje wysokoprzepustowy rurociąg, który został stworzony, aby móc generować dużą liczbę zainfekowanych zarodków oraz późniejszą analizę postępu bakterii podczas rozwoju i po leczeniu złożonym.

<table><tbody><tr><td>Middlebrook 7H10 agar</td><td>BD Bioscience, Franklin Lakes, New Jersey, USA</td><td>262710</td><td></td></tr><tr><td>Middlebrook 7H9 bulion</td><td>BD Bioscience, Franklin Lakes, New Jersey, USA</td><td>271310</td><td></td></tr><tr><td>BBL Middlebrook Wzbogacanie katalazy dekstrozy albuminy kwasu oleinowego (OADC)</td><td>BD Bioscience, Franklin Lakes, New Jersey, USA</td><td>211886</td><td></td></tr><tr><td>BBL Wzbogacanie katalazy dekstrozy albuminowej (ADC) w Bml Middlebrook</td><td>BD Bioscience, Franklin Lakes, New Jersey, Stany Zjednoczone</td><td>211887</td><td></td></tr><tr><td>Agar LB</td><td>Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, Stany</td><td>Zjednoczone L5542</td><td>Wielu dostawców</td></tr><tr><td>Bulion LB</td><td>Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, USA</td><td>L3022</td><td>Wielu dostawców</td></tr><tr><td>Chloramfenikol</td><td>Bio-connect, Huissen, Holandia</td><td>16785.03</td><td>Wielu dostawców</td></tr><tr><td>Higromycyna</td><td>Bio-connect, Huissen, Holandia</td><td>25966.01</td><td>Wielu dostawców</td></tr><tr><td>Tween-80</td><td>Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, USA</td><td>P1754</td><td>Wielu dostawców</td></tr><tr><td>Poliwinylopirolidon40</td><td>Calbiochem, San Diego, Kalifornia, USA</td><td>529504</td><td>Wielu dostawców</td></tr><tr><td>Sól metanosulfonianu etylu 3-aminobenzoesanu etylu (Trikaina)</td><td>Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, USA</td><td>A5040</td><td></td></tr><tr><td>Agarose</td><td>Sphaero-Q, Gorinchem, Holandia</td><td>S103</td><td>Wielu dostawców</td></tr><tr><td>Natychmiastowa sól morska</td><td>oceaniczna Sera Marin, Heinsberg, Niemcy</td><td>5460</td><td></td></tr><tr><td>iSPAWN</td><td>Techniplast, Buguggiate, Włochy</td><td>iSPAWN</td><td></td></tr><tr><td>Zautomatyzowany system mikroiniekcji</td><td>Life Science Methods BV, Leiden, Holandia Zautomatyzowany</td><td>system</td><td></td></tr> <tr><td>mikroiniekcjiAnalizator i sortownik cząstek złożonych obiektów XL (COPAS XL)</td><td>Union BioMetrica Inc., Holliston, Massachusetts, Stany Zjednoczone</td> Technologia automatycznego badania przesiewowego <td>kręgowców COPAS XL</td><td></td></tr><tr><td>BioImager (VAST BioImager)</td><td>Union BioMetrica Inc., Holliston, Massachusetts, Stany Zjednoczone</td><td>VAST BioImager</td><td></td></tr><tr><td>LP Sampler</td><td>Union BioMetrica Inc., Holliston, Massachusetts, USA</td><td>Próbnik</td><td></td>LP</tr><tr><td>Konfokalny skan laserowy mikroskop</td><td>Leica Microsystems, Wetzlar, Niemcy</td><td>TCS SL</td><td></td></tr><tr><td>Igła iniekcyjna 10 i mikro; m średnica wewnętrzna</td><td>Qvotek, Mississauga, Kanada</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

opracowanie i optymalizacja wysokoprzepustowej konfiguracji do badania zakażeń staphylococcus epidermidis i mycobacterium marinum jako modelu do odkrywania leków

Establishment and Optimization of a High Throughput Setup to Study Staphylococcus epidermidis and Mycobacterium marinum Infection as a Model for Drug Discovery

Danio pręgowany stają się cennym narzędziem w fazie przedklinicznej badań przesiewowych odkrywania leków jako cały model zwierzęcy z możliwościami badań przesiewowych o wysokiej przepustowości. Mogą być one wykorzystywane do wypełnienia luki między testami komórkowymi na wcześniejszych etapach a walidacją in vivo w modelach ssaków, zmniejszając w ten sposób liczbę związków przechodzących do testów na znacznie droższych modelach gryzoni. W tym świetle w niniejszym manuskrypcie opisano nowy wysokowydajny rurociąg wykorzystujący danio pręgowanego jako system modelowy in vivo do badania zakażenia Staphylococcus epidermidis i Mycobacterium marinum. Taka konfiguracja pozwala na generowanie i analizę dużej liczby synchronicznych zarodków homogenicznie zakażonych. Co więcej, elastyczność potoku pozwala użytkownikowi na łatwe wdrożenie innych platform w celu poprawy rozdzielczości analizy w razie potrzeby. Połączenie danio pręgowanego wraz z innowacyjnymi technologiami o wysokiej przepustowości otwiera pole testowania i odkrywania leków na nowe możliwości, nie tylko ze względu na siłę wykorzystania całego modelu zwierzęcego, ale także ze względu na dużą liczbę dostępnych linii transgenicznych, które można wykorzystać do rozszyfrowania sposobu działania nowych związków.

Przedstawione wyniki pokazują, że wysokoprzepustowy schemat badania infekcji S. epidermidis oraz M. marinum został z powodzeniem ustanowiony i może zostać rozszerzony na inne modele infekcji. Po pierwsze, zastosowanie dużego naczynia do rozrodu (Ryc. 1A), opartego na systemie opisanym przez Adatto et al. (2011)11, umożliwia generowanie dużej liczby synchronicznych jaj w pojedynczych zdarzeniach, co zapewnia wysoką kontrolę nad procesem tarła. Następnie, aby móc wstrzyknąć dużą liczbę embrionów w krótkim odstępie czasu, zastosowano ulepszoną wersję wcześniej opracowanego zautomatyzowanego systemu mikroiniekcji7 (Ryc. 1A). Aby ocenić, który etap rozwoju jest najlepszy do zakażenia żółtka, iniekcje z S. epidermidis oraz M. marinum przeprowadzano na wszystkich różnych etapach między stadiem 1 a 512 komórek, zgodnie z opisem przedstawionym przez Kimmel et al. (1995)12.
Iniekcje 100 jtk S. epidermidis pomiędzy stadium 16 a 128 komórek zapewniły najlepszy obraz infekcji (Rycina 2). Bakterie namnażały się wewnątrz żółtka przez 3 dni, a od 3 dpi zaczęły rozprzestrzeniać się do organizmu. Wykonywanie iniekcji przed stadium 16 komórek prowadziło do wysokiej śmiertelności od 4 dpi, natomiast iniekcja po stadium 256 komórek wykazała głównie wzrost bakterii wewnątrz żółtka, przy czym niemal żadne bakterie nie rozprzestrzeniały się wewnątrz ciała zarodka. Ilościowe oznaczenie obciążenia bakteryjnego przeprowadzono poprzez analizę intensywności fluorescencji z użyciem cytometru przepływowego do dużych cząstek zgodnie z opisem Venemana et al. (2013)8 (Rycina 3).
Obserwacje wykazały, że optymalne stadium rozwojowe dla iniekcji 30 cfu M. marinum przypada na etap od 16 do 128 komórek dla szczepu E11 (Rysunek 4A) oraz od 16 do 64 komórek w przypadku bardziej wirulentnego szczepu M (Rysunek 4B). Zarodki poddane iniekcji na tych stadiach wykazywały wzrost bakterii wewnątrz żółtka oraz rozprzestrzenianie się bakterii w całym zarodku (Rysunek 7). Zakażenie oboma szczepami na wcześniejszych stadiach skutkowało nieswoistym, uogólnionym wzrostem bakterii, co prowadziło do śmierci zarodków po 4 dpi. Z kolei w zarodkach poddanych iniekcji na późniejszych stadiach obciążenie bakteryjne ograniczało się do żółtka.
Następnie wstępna sortowanie za pomocą cytometru przepływowego do dużych cząstek (Rycina 1B) pozwoliło na wygenerowanie dużych, homogenicznych grup zainfekowanych ryb, z wyłączeniem embrionów niezinfekowanych lub silnie zainfekowanych (Rycina 5A i Rycina 6A). Po wstępnym sortowaniu embriony zainfekowane M. marinum poddano leczeniu ryfampicyną, lekiem pierwszego rzutu stosowanym w terapii gruźlicy. Poprzednie badania wykazały, że leczenie ryfampicyną w dawce 200 μM skutecznie redukuje infekcję M. marinum u danio pręgowanego7,13. Wykorzystując dużą liczbę homogenicznie zainfekowanych embrionów uzyskanych dzięki układowi o wysokiej przepustowości, przeprowadzono leczenie różnymi dawkami. Wykazano, że u embrionów zainfekowanych szczepem M M. marinum i leczonych przez 48 hr ryfampicyną w dawkach 12, 24 i 200 μM nastąpiła skuteczna redukcja infekcji prątkowej w sposób zależny od dawki (Rycina 5B). Ze względu na skuteczną redukcję infekcji przy zastosowaniu ryfampicyny w dawce 200 μM, stężenie to wykorzystano w kolejnych eksperymentach. Zgodnie z poprzednim wynikiem, badając progresję obciążenia bakteryjnego przy użyciu szczepu E11 M. marinum, zaobserwowano znaczną redukcję od 24 hr po leczeniu 200 μM ryfampicyną (Rycina 6B). 
Ponadto, jeśli wymagane jest obrazowanie tych embrionów przy dużym powiększeniu, mogą one zostać automatycznie rozmieszczone w płytkach 96-dołkowych (Rysunek 1C), skąd próbki mogą być analizowane przy użyciu systemu Vertebrate Automated Screening Technology z modułem Large Particle Sampler zamontowanym do CLSM.
System Vertebrate Automated Screening Technology z modułem Large Particle Sampler to system, który może zostać zamontowany na konfokalnym mikroskopie skaningowym (CLSM) lub mikroskopie stereoskopowym. Urządzenie to umożliwia automatyczne ładowanie żywych lub utrwalonych embrionów z płytki 96-dołkowej lub pojemnika zbiorczego za pomocą szklanej kapilary oraz ich orientację przed kamerą pod pożądanym kątem (np. grzbietowym lub bocznym). Obrazy embrionu we wszystkich orientacjach mogą być rejestrowane za pomocą wbudowanej kamery lub zewnętrznego CLSM (Rysunek 7). Następnie embriony są przenoszone do pojemnika na próbki lub pojemnika na odpady.
<img alt="Schemat przetwarzania jaj; obejmuje wstrzykiwanie do żółtka, cytometrię przepływową i zautomatyzowaną analizę przesiewową." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51649/51649fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51649/51649fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1. Ogólny schemat eksperymentalny. A) Dorosłe ryby są łączone w celu rozrodu, jaja są zbierane, układane w płytce z agarozy i poddawane iniekcji. B) Wstrzyknięte jaja są inkubowane w temperaturze 28 °C i zostaną wstępnie posortowane w celu ewentualnego podania leku. C) Następcza analiza za pomocą cytometru przepływowego do dużych cząstek i/lub systemu Large Particle Sampler/Vertebrate Automated Screening Technology z wykorzystaniem CLSM. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51649/51649fig1highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat rozwoju zarodka; efekt S. epidermidis; stadia komórkowe; obrazowanie fluorescencyjne; dane o śmiertelności." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51649/51649fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51649/51649fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2. Ustalenie optymalnego stadium komórkowego dla iniekcji S. epidermidis do żółtka. Zarodki danio pręgowanego otrzymywały iniekcje do żółtka na różnych stadiach rozwoju, od stadium 1 do 512 komórek, z dawką 100 cfu S. epidermidis. Zarodki poddane iniekcji między stadium 1 a 8 komórek wykazały wzrost bakterii w żółtku oraz wysoką śmiertelność od 4 dpi. Zarodki poddane iniekcji między stadium 16 a 128 komórek wykazały wzrost bakterii w żółtku i wewnątrz ciała, zaczynając od 3 dpi. Zarodki poddane iniekcji między stadium 256 a 512 komórek wykazały liczne ogniska wzrostu bakterii wewnątrz żółtka. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51649/51649fig2highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Analiza wykresu wzrostu bakterii i sygnału czerwonej fluorescencji w embrionach w czasie oraz korelacja CFU." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51649/51649fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51649/51649fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3. Ilościowe oznaczenie obciążenia bakteryjnego przy użyciu cytometru przepływowego do dużych cząstek. Do żółtka embrionów zebrafish wstrzyknięto 100 cfu S. epidermidis. A) Do 5 dpi, każdego dnia grupy po 10 embrionów homogenizowano i wysiewano bezpośrednio, co wykazało średni wzrost wykładniczy na podstawie dwóch replik biologicznych (słupki błędów = SEM). B) Analiza cytometrem przepływowym do dużych cząstek pokazuje średni sygnał fluorescencji z embrionów niewstrzykniętych oraz wstrzykniętych S. epidermidis. Analizie poddano od 30 do 160 embrionów na warunki (słupki błędów = SEM), różne litery oznaczają statystycznie istotne różnice w teście jednoczynnikowej analizy wariancji ANOVA z następującym testem post-hoc Tukeya (P &lt; 0.001), ns: brak istotnych różnic. C) Korelacja między cfu a średnim sygnałem fluorescencji w grupach po 10 embrionów zainfekowanych S. epidermidis (słupki błędów = SEM). Rycina została zmodyfikowana na podstawie pracy Veneman et al. (2013)8. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51649/51649fig3highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wyniki testu infekcji u rybek danio pręgowanych; stadia M. marinum, mikroskopia fluorescencyjna badająca śmiertelność." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51649/51649fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51649/51649fig4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4. Ustalenie optymalnego stadium komórkowego dla wstrzykiwania M. marinum do żółtka. Zarodki rybek danio pręgowanych wstrzykiwano na wszystkich różnych stadiach rozwojowych od stadium 1 do 512 komórek dawką 30 cfu szczepów E11 i M M. marinum. A, B) Zarodki wstrzyknięte w stadiach od 1 do 8 komórek wykazały podobne rozprzestrzenianie się patogenu i śmiertelność dla obu szczepów. A) Zarodki wstrzyknięte w stadiach od 16 do 128 komórek szczepem E11 wykazały tworzenie ziarniniaków i infekcję systemową, podczas gdy w przypadku zarodków wstrzykniętych w stadiach od 256 do 512 komórek obciążenie bakteryjne pozostało w żółtku. B) Zarodki wstrzyknięte w stadiach od 16 do 64 komórek szczepem M wykazały tworzenie struktur przypominających ziarniniaki i infekcję systemową, podczas gdy w przypadku zarodków wstrzykniętych w stadiach od 128 do 512 komórek obciążenie bakteryjne pozostało w żółtku. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51649/51649fig4highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Analiza sygnału czerwonej fluorescencji M. marinum; wykresy, efekty leczenia RIF, porównanie danych widmowych." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51649/51649fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51649/51649fig5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rysunek 5. Leczenie ostrej infekcji M. marinum lekiem przeciwgruźliczym pierwszego rzutu. Zarodki wstrzyknięte w stadium od 16 do 64 komórek z 30 cfu szczepu M M. marinum zostały przepuszczone przez cytometr przepływowy do dużych cząstek w 3 dpi w celu posortowania na dwie grupy po odrzuceniu zarodków niezinfekowanych i/lub silnie zainfekowanych. A) Fluorescencja poszczególnych zarodków w obu grupach. B) Zarodki leczone ryfampicyną (RIF) przez 48 hr w dawkach 12, 24 i 200 μM zostały przeanalizowane w 4 dpi; ich obciążenie bakteryjne jest znacznie zredukowane. C) Reprezentatywne profile COPAS zarodków leczonych DMSO oraz ryfampicyną w dawkach 12, 24 i 200 μM przez 24 hr. Obciążenie bakteryjne i jego rozkład są wskazane przez czerwone piki. Niebieska linia reprezentuje profil elementu posortowanego (zarodek zebrafish w 4 dpf) przez COPAS. Analizie poddano 60-90 zarodków na warunek. Każdy punkt danych reprezentuje pojedynczy zarodek. Wartości podano jako średnia ± SEM. ns: brak istotnych różnic. Analizę istotności statystycznej różnic przeprowadzono za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji ANOVA, a następnie testu post-hoc Tukeya. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51649/51649fig5highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Dane fluorescencyjne szczepu E11 M. marinum; wykres sygnału czerwonego w funkcji dpi; analiza DMSO vs. RIF 200 µM." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51649/51649fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51649/51649fig6.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 6"> 
Rysunek 6. Leczenie przewlekłej infekcji M. marinum lekiem przeciwgruźliczym pierwszego rzutu. Zarodki wstrzyknięte w stadium od 16 do 64 komórek z 30 cfu szczepu E11 M. marinum zostały poddane analizie w cytometrze przepływowym do dużych cząstek w 3 dpi, a następnie podzielone na dwie grupy po odrzuceniu zarodków niezinfekowanych i/lub silnie zainfekowanych. A) Fluorescencja poszczególnych zarodków w obu grupach. B) Analiza zarodków leczonych ryfampicyną (RIF) w stężeniu 200 μM przez 4 dni wykazała istotną redukcję obciążenia bakteryjnego po 1 dniu leczenia. Analizie poddano 90 zarodków na każdą grupę. Wartości przedstawiono jako średnia ± SEM. Różne litery oznaczają istotne różnice między punktami czasowymi w obrębie tej samej grupy terapeutycznej. * oznacza istotne różnice w stosunku do grupy kontrolnej. ns: brak istotnych różnic. Analizę istotności statystycznej różnic przeprowadzono za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji ANOVA, a następnie testu posthoc Tukeya (P &lt; 0.05). Rysunek B) został zmodyfikowany na podstawie pracy Spaink et al. (2013)13. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51649/51649fig6highres.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Obraz mikroskopii fluorescencyjnej znakowanych danio pręgowanych ukazujący wzorce ekspresji białek w żywych kolorach." fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51649/51649fig7highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51649/51649fig7.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 7"> 
Rysunek 7. Wynik wstrzyknięcia M. marinum E11 do żółtka obrazowany przy użyciu Vertebrate Automated Screening Technology oraz CLSM. Konfokalny stos Z (zszyte 3 obrazy) zarodka fli1-egfp14 w 5 dpi. A) Żywy zarodek wykazujący proliferację bakterii M. marinum E11 (czerwony) w całym organizmie. B) Utrwalony zarodek fli-egfp w 5 dpi wykazujący bakterie M. marinum E11 (czerwony) w całym organizmie, współlokalizujące z leukocytami (jasnoniebieski) wykrytymi za pomocą immunostainingu L-plastyny15.

Ten artykuł wideo opisuje potok o wysokiej przepustowości, który został pomyślnie ustanowiony do infekowania i analizowania dużej liczby zarodków danio pręgowanego, dostarczając nowego potężnego narzędzia do testowania związków i odkrywania leków przy użyciu całego organizmu kręgowców zwierzęcych.

Opracowanie i optymalizacja wysokoprzepustowej konfiguracji do badania zakażeń Staphylococcus epidermidis i Mycobacterium marinum jako modelu do odkrywania leków

Zebrafish are becoming a valuable tool in the preclinical phase of drug discovery screenings as a whole animal model with high throughput screening ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest wygenerowanie dużej liczby zainfekowanych zarodków ryb zebrafish w celu przeprowadzenia wysokoprzepustowych testów związków umożliwiających odkrywanie leków. Cel ten osiąga się poprzez zastosowanie dużego naczynia hodowlanego w celu uzyskania znacznej liczby synchronicznych jaj zebrafish w ramach jednego zdarzenia. Następnie jaja są ustawiane w siatce aros i infekowane bakteriami w żółtku za pomocą zautomatyzowanego mikroinjektora.Gdy infekcja rozprzestrzeni się w embrionach, są one wstępnie sortowane za pomocą przepływowej cytometrii dużych cząstek przed podaniem leków. Na koniec analizuje się poziom obciążenia bakteryjnego w zainfekowanych embrionach po zastosowaniu związków. Ostatecznie przeprowadzana jest analiza o wysokiej rozdzielczości za pomocą mikroskopii konfokalnej kręgów.Zautomatyzowany screening oraz pobieranie próbek dużych cząsteczek są wykorzystywane do bardziej szczegółowego ukazania wpływu związków na przebieg infekcji. Główną zaletą tej metody w porównaniu z istniejącymi technikami, takimi jak iniekcje ręczne czy analiza skanowania PIX, jest możliwość wygenerowania dużej liczby jednorodnie zainfekowanych embrionów, które można analizować metodą wysokoprzepustową. Aby przygotować inokulum S epiderm, należy wyizolować kilka pojedynczych kolonii z płytki ze szczepem S epiderm O 47 zawierającym wektor ekspresyjny M cherry pochodzący z A PW VW 180 9, a następnie zaszczepić.25 ml LB uzupełnionego o 10 µg/ml chlorampenykolu inkubować przez noc w temperaturze 37 °C do osiągnięcia fazy średnio-logarytmicznej. Następnego dnia odwirować 1 ml hodowli przy 12 000 ×g przez jedną minutę i użyć 1 ml sterylnego PBS z 0,3% v/v beta-merkaptoetanolu do trzykrotnego przemycia osadu. Zmierzyć gęstość optyczną przy OD 600 i użyć 2% w/v poliwinylopirolonu 40 (PVP 40) w PBS do rozcieńczenia zawiesiny bakteryjnej do OD 600 równej 0,3 lub 1 × 10⁸ CFU/ml.Aby przygotować inokulum, należy wyizolować kilka pojedynczych kolonii szczepu M. tuberculosis H557 lub E 11 stabilnie wykazującego ekspresję wektora PS MT 3M cherry z podłoża Middlebrook 7H10, a następnie zaszczepić 10 ml bulionu Middlebrook 7H9 zawierającego 10% obj. obj. wzbogacenia Middlebrook ADC z dodatkiem 50 µg/ml hygromycyny i inkubować przez noc w temperaturze 28 °C. Następnego dnia należy odwirować 1 ml kultury przy 12 000 ×g przez jedną minutę i użyć 1 ml sterylnego PBS z 0,3% obj. obj. Tween 80, aby trzykrotnie przemyć osad.Zmierz OD 600 zawiesiny bakteryjnej i rozcieńcz ją w PBS z dodatkiem 2% masowych PVP 40 do uzyskania OD 600 równej 0,3 lub 0,3 × 10⁸ CFU/ml. Aby uzyskać jaja danio-pręgawki, wieczorem przed ich pobraniem umieść maksymalnie 50 samic danio-pręgawki w dolnej komorze dużego naczynia hodowlanego, a 70 samców w górnej części naczynia. Następnego dnia rano wyjmij separator z naczynia. Po około jednej godzinie, poprzez kolektor jaj znajdujący się na dnie naczynia hodowlanego, zbierz jaja do probówki o pojemności 50 ml wypełnionej wodą do jaj.Po przygotowaniu płytek do wstrzykiwania, zgodnie z protokołem tekstowym w oprogramowaniu sterującym automatycznym mikroinjektorem, kliknij kalibruj stół (calibrate stage), a następnie kliknij siatkę studzienek 10 24 (10 24 Well grid) i umieść płytkę AROS w mikroinjektorze. Skalibruj płytkę, klikając na ekranie w pozycji centralnej studzienki. Następnie przejdź do menu igieł (needle menu) i kliknij kalibruj uchwyt igły (calibrate needle holder).Używając końcówki mikro-loadera, należy napełnić igłę wstrzykującą o średnicy 10 mikronów albo 10 mikrolitrami PVP 40 zawierającego 100 CFUs na nanolitr S epiderm, 30 CFUs na nanolitr erum, albo samym PVP 40 w przypadku wstrzykiwań pozornych, umieścić igłę w automatycznym mikroinżektorze i skalibrować pozycję XY, obniżając lub przesuwając igłę w górę i klikając na ekranie w miejscu położenia igły. Następnie należy skalibrować pozycję Z igły, klikając na ekranie w miejscu położenia jej czubka. Dalej, za pomocą plastikowej pipety transferowej, należy rozmieścić jaja na siatce aros i usunąć nadmiar wody z jaj.Następnie umieść siatkę agros wypełnioną jajami w automatycznym mikroinjektorze w menu iniekcji, ustaw ciśnienie iniekcji na 200 hPa, czas iniekcji na 0,2 s oraz ciśnienie kompensacyjne na 15 hPa, co w menu ustawień FemtoJet odpowiada 1 nl. Kliknij „inject all” i przeprowadź iniekcję wszystkich embrionów na płytce. Zbierz jaja, płucząc je w szalce Petriego, i inkubuj w temperaturze 28 °C.Po skonfigurowaniu cytometru przepływowego do dużych cząstek, wejdź w menu PMT i ustaw kanał czerwony na 650 V, a kanały zielony i żółty na 0 V. Następnie w menu progów (thresholds) ustaw sygnał progu gęstości optycznej na 50, co odpowiada 975 mV, oraz minimalny czas przelotu (time of flight) na 800, co odpowiada 320 µs. Aby zmniejszyć wpływ zanieczyszczeń, umieść embriony w naczyniu z próbką, a w menu sortowania ustaw maksymalną liczbę 70 embrionów na płytkę do sortowania, wpisując wartość 70.Umieść pustą szalkę Petriego pod sorterem i kliknij opcję manual sort. Po zapełnieniu szalki Petriego zapisz dane, klikając store. Jeśli wymagana jest analiza o wysokiej rozdzielczości lub obrazowanie, zarodki można sortować indywidualnie do dołków płytki 96-dołkowej.Umieść embriony w naczyniu z próbką i zdefiniuj maksymalnie jeden embrion na dołek do sortowania. Następnie umieść pustą płytkę 96-dołkową w lewym uchwycie na płytki i kliknij „fill plate” (wypełnij płytkę). Po wypełnieniu płytki zapisz dane, klikając „store” (zapisz), aby przeanalizować embriony poddane działaniu leku w trzeciej dobie po wstrzyknięciu erum.Jedną grupę embrionów potraktuj związkami badanymi rozpuszczonymi w rozpuszczalniku, a drugą grupę samym rozpuszczalnikiem. Umieść potraktowane embriony w czwartym i piątym dniu po zapłodnieniu w kubku próbkowym cytometru przepływowego. Po znieczuleniu embrionów w tricainie oraz skonfigurowaniu zautomatyzowanego systemu przesiewowego dla kręgowców i próbnika dużych cząstek, ustaw sortowanie na 70 embrionów na płytkę. Zgodnie z protokołem tekstowym z menu konfiguracji detekcji obiektów obrazowania, wybierz obrazy referencyjne odpowiadające wiekowi embrionów w menu automatycznego zapisywania obrazów, a następnie określ liczbę zdjęć do wykonania oraz zastosowaną orientację.Umieść płytkę 96-dołkową wypełnioną embrionami w lewym uchwycie na płytki próbnika dużych cząstek i kliknij przycisk run plate. Gdy embrion zostanie prawidłowo wypozycjonowany, użyj obiektywu 10x plain dry i wykonaj oddzielnie zdjęcia głowy oraz ogona. Następnie użyj oprogramowania do przetwarzania obrazów, aby połączyć zdjęcia w celu oceny, który etap rozwoju jest najodpowiedniejszy do infekcji żółtka.Iniekcje z dermitis i marum przeprowadzono na wszystkich różnych etapach rozwoju, od stadium jednej komórki do 512 komórek. Jak tu widać, iniekcje 100 CFU dermitis wykonane między stadium 16 a 128 komórek zapewniły najlepszy obraz infekcji. Bakterie namnażały się wewnątrz żółtka przez trzy dni, a od trzeciego dnia po infekcji zaczęły rozprzestrzeniać się do organizmu.Wysoko wydajne oznaczanie ilości bakterii przeprowadzono poprzez analizę intensywności fluorescencji z wykorzystaniem cytometru przepływowego do dużych cząstek. Jak tutaj pokazano, ilość żywych bakterii obecnych wewnątrz zarodka bardzo dobrze odpowiada zmierzonemu sygnałowi fluorescencyjnemu. Rycina ta wykazuje, że optymalnym etapem rozwoju dla wstrzyknięcia 30 CFU aminum jest stadium od 16 do 128 komórek dla szczepu E 11 oraz stadium od 16 do 64 komórek.W przypadku bardziej zjadliwego szczepu EM zarodki poddane wtryskiwaniu na tych etapach wykazały wzrost bakterii wewnątrz jądra oraz rozprzestrzenianie się bakterii w całym zarodku. Przedwstępna obróbka zarodków zainfekowanych emeryną przy użyciu różnych stężeń ryfampicyny wykazała redukcję infekcji prątkami w sposób zależny od dawki. Zastosowanie leku w dawce 200 micromolar wykazało, że skutecznie zatrzymuje on progresję bakteryjną M mein E 11 od 24 godzin po rozpoczęciu leczenia i w dalszym czasie po jego rozwoju.Techniki te utorowały drogę badaczom z zakresu testowania związków i opracowywania leków, poszukującym nowych metod leczenia chorób zakaźnych, takich jak gruźlica lub zakażenia związane z biomateriałami.

establishment-optimization-high-throughput-setup-to-study

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

Immunologia i infekcje

Ustanowienie i Optymalizacja Ustawienia Wysokiej Przepustowości do Badania Staphylococcus epidermidis i Mycobacterium marinum Zakażenia jako Model dla Odkrywania Leków

Projektowanie leków w oparciu o strukturę odgrywa istotną rolę w opracowywaniu nowych preparatów terapeutycznych. Równoległe dążenie do uzyskania wielu celów znacznie zwiększa szanse na sukces w odkrywaniu związków wiodących. Poniższy artykuł przedstawia, w jaki sposób Seattle Structural Genomics Center for Infectious Disease wykorzystuje podejście wielocelowe w procesie wyznaczania struktury na podstawie genu dla podjednostki PB2 wirusa grypy typu A.

Podejście z zastosowaniem równoległego przetwarzania wielu celów w wyznaczaniu struktury na podstawie sekwencji genu podjednostki PB2 polimerazy wirusa grypy

Ten artykuł opisuje test o wysokiej przepustowości, który został z powodzeniem opracowany do badania dużych bibliotek małych cząsteczek pod kątem ich potencjalnej zdolności do manipulowania poziomami komórkowymi cyklicznego di-GMP u Pseudomonas aeruginosa, dostarczając nowego potężnego narzędzia do odkrywania leków przeciwbakteryjnych i testowania związków.

Opracowanie wysokowydajnego zestawu do badań przesiewowych małych cząsteczek, które modulują sygnalizację c-di-GMP u Pseudomonas aeruginosa

Opracowano test czasu rzeczywistego o wysokiej przepustowości, aby jednocześnie zidentyfikować (1) środki przeciwdrobnoustrojowe penetrujące komórki eukariotyczne skierowane na wewnątrzkomórkowy patogen bakteryjny i (2) ocenić cytotoksyczność komórek eukariotycznych. Wariant tej samej technologii został następnie połączony z technologią cyfrowego dozowania, aby umożliwić łatwe badania w wysokiej rozdzielczości, zależności od dawki oraz dwu- i trójwymiarowej synergii.

Wysokowydajne testy w czasie rzeczywistym z podwójnym odczytem wewnątrzkomórkowej aktywności przeciwdrobnoustrojowej i cytotoksyczności komórek eukariotycznych

Opracowaliśmy modułowy, wysokoprzepustowy system przesiewowy do odkrywania nowych związków przeciwko Mycobacterium tuberculosis, ukierunkowanych na bakterie rosnące wewnątrzkomórkowo i w bulionie, a także cytotoksyczność wobec komórki gospodarza ssaków.

System badań przesiewowych skuteczności i cytotoksyczności inhibitorów ukierunkowanych na wewnątrzkomórkowe prątki gruźlicy

Tutaj opisujemy protokół, który jest elastycznym, wszechstronnym narzędziem przesiewowym o wysokiej zawartości, które może być wykorzystane do badania interakcji gospodarz-patogen i może być wykorzystane do odkrywania leków.

Wysokoprzepustowy, o wysokiej zawartości, płynny system patologiczny C. elegans

Ten protokół ma na celu opisanie sposobu badania zakresu internalizacji Staphylococcus aureus i jego zdolności do przetrwania wewnątrz ludzkiej komórki gospodarza, a także wewnątrzkomórkowej skuteczności związków przeciwdrobnoustrojowych.

Ulepszony test ochrony enzymatycznej do badania internalizacji Staphylococcus aureus i wewnątrzkomórkowej skuteczności związków przeciwdrobnoustrojowych

Protokół opisuje krok po kroku metodę tworzenia ex vivo modelu zranionej skóry owcy zakażonej Staphylococcus aureus. Ten wysokowydajny model lepiej symuluje infekcje in vivo w porównaniu z konwencjonalnymi technikami mikrobiologicznymi i stanowi dla naukowców fizjologicznie istotną platformę do testowania skuteczności nowo pojawiających się środków przeciwdrobnoustrojowych.

Nowy, wysokowydajny model ran skóry owiec ex vivo do testowania nowych antybiotyków

Drożdże rozszczepienia są tutaj używane jako heterologiczne gospodarze do ekspresji bakteryjnych białek cytoszkieletu, takich jak FtsZ i MreB, jako translacyjnych białek fuzyjnych z GFP, aby uwidocznić ich polimeryzację. Również związki, które wpływają na polimeryzację, są identyfikowane przez obrazowanie za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego.

Drożdże rozszczepieniowe jako platforma do badań przesiewowych leków przeciwbakteryjnych ukierunkowanych na białka cytoszkieletu bakteryjnego

To badanie opracowało test do wysokoprzepustowych badań przesiewowych przeciwko Mycobacterium abscessus z niedawno stworzonym podwójnym szczepem reporterowym, wykorzystując fluorescencję i luminescencję do szybkiej oceny żywotności bakterii. Protokół ten będzie istotny dla naukowców dążących do badań przesiewowych nowych leków przeciwko tej lekoopornej bakterii.

Opracowanie testów do wysokoprzepustowych badań przesiewowych leków przeciwko prątkom

W tym manuskrypcie udostępniamy kompleksowy protokół oceny przeżywalności antybiotyków dla Pseudomonas aeruginosa i Staphylococcus aureus, przekształcając plazmidy w P. aeruginosa i S. aureus w celu stworzenia szczepów reporterowych i wizualizacji wariantów fenotypowych, takich jak uporczywe, za pomocą poklatkowej mikroskopii epifluorescencyjnej.

Obrazowanie heterogenicznych fenotypów Pseudomonas aeruginosa i Staphylococcus aureus za pomocą poklatkowej mikroskopii epifluorescencyjnej

Staphylococcus aureus (S. aureus) ma zdolność rozprzestrzeniania się po całym ciele, powodując uporczywe i nawracające infekcje. Aby lepiej zrozumieć te procesy, w badaniu tym ustanowiono wewnątrzkomórkowy model infekcji S. aureus. Model ten będzie stanowił kluczową podstawę do badania mechanizmów stojących za infekcjami wewnątrzkomórkowymi.

Opracowanie i ocena wewnątrzkomórkowych modeli zakażeń Staphylococcus aureus

Poznaj wysokoprzepustową metodę infekcji zarodków Danio rerio bakteriami Staphylococcus epidermidis i Mycobacterium marinum przy użyciu zautomatyzowanego mikroinjektoru. Technika ta umożliwia szybkie testowanie związków leczniczych i przyspiesza odkrywanie nowych leków przeciwko infekcjom.

Opracowanie i optymalizacja wysokoprzepustowej konfiguracji do badania zakażeń Staphylococcus epidermidis i Mycobacterium marinum jako modelu do odkrywania leków (Wideo) | JoVE Journal

Opracowanie i optymalizacja wysokoprzepustowej konfiguracji do badania zakażeń Staphylococcus epidermidis i Mycobacterium marinum jako modelu do odkrywania leków

Przeglądaj więcej filmów