ההתפתחות של דג הזברה יכולה להיות אחרי על פני ימים עם מיקרוסקופיה גיליון אור כאשר עוברים מוטבעות בצינורות פולימר ברורים אופטי עם agarose ריכוז נמוך.
מיקרוסקופיה גיליון אור היא טכניקת הדמיה האידיאלית ללמוד התפתחות עוברית דג הזברה. בשל צילום רעילות והלבנה מינימליות, הוא מתאים במיוחד לזמן לשגות הדמיה לטווח ארוך על פני שעות רבות עד מספר ימים. עם זאת, יש צורך במדגם אסטרטגית הרכבה מתאימה, אשר מציעה גם כליאה והתפתחות תקינה של המדגם. רב שכבתי וההרכבה, טכניקת הטבעה חדשה באמצעות agarose ריכוז נמוך בצינורות ברורים אופטי, החברה מתגברת על מגבלה זו ומשחררת את מלוא הפוטנציאל של מיקרוסקופיה גיליון אור לביולוגיה התפתחותית בזמן אמת.
כדי להבין את האירועים המורכבים ויחסי גומלין בעובר, במחקר בביולוגיה התפתחותית הוא יותר ויותר עוברים ממיקרוסקופי של תאים ואיברים בודדים להדמית vivo של כל האורגניזמים. שיטות מיקרוסקופיה מסורתיות בדרך כלל לא מצליחות להציע פתרון מרחב ובזמן לעקוב אחר אירועים מהירים על פני תקופה ארוכה של זמן ולעתים קרובות גורמות להלבנה או תופעות phototoxic במדגם 1. אנחנו ואחרים מצאו מיקרוסקופיה גיליון אור (איור 1) להיות הטכניקה האידיאלית עבור ההדמיה vivo של דג הזברה 2-4. התאורה של המדגם עם סדין דק של אור הלייזר, מאונך לציר זיהוי, מציעה חתך אופטי מהיר עם רזולוציה מרחבית גבוהה, כמו גם למזער צילום רעילות 5. במקביל, בשל הסדר אופטי ייחודי זה, טכניקות הרכבת מדגם מסורתיות באמצעות צלחות פטרי או תאי תרבות אינן מתאימות. באור טיפוסישלושה מנועים translational מיקרוסקופ הגיליון ומנוע סיבובי להחזיק את המדגם, כך שזה יכול להיות ממוקם בדיוק, הסתובב ומבט מכל כיוון. בדגימות האחרונות למיקרוסקופיה גיליון אור יש לעתים קרובות היה משובץ ב1-2% agarose בתוך נימי זכוכית 6,7. במקרה זה הצילינדר agarose הקרושה עם הדגימה מוטבעת הנמתח מנימי הזכוכית לתוך תא המדגם מלא בינוני כמו מים להדמיה. יש agarose מקדמת שבירה קרובה למים, ולכן הוא מתאים באופן מושלם למיקרוסקופיה גיליון אור in vivo המאפשרת אופטיקה תאורה וזיהוי תיקן מים. המדגם מוגבל בagarose הנוקשה וניתן הדמיה גם לתקופה קצרה של זמן, אבל שינויים וצמיחה של העובר morphogenetic הם מאוד לקויים כאשר הדמיה במשך כמה שעות 7,8. למרות שפתרונות עבור יישומים אחרים פותחו 9, דג הזברה הזמן לשגות לטווח ארוך לא פולשנית יכולת צילום במיקרוסקופ אור גיליון לא ניתן לנצל באמצעות הטבעת agarose 1.5% הקונבנציונלית.
לפיכך, אנו פיתחנו אסטרטגית הרכבה חדשה למיקרוסקופיה גיליון אור vivo של עוברי דג הזברה 10. המדגם הוא רכוב ב0.1% agarose עם Tricaine 200 מ"ג / ליטר בתוך צינור עשוי מפולימר אתילן Fluorinated ברור אופטי פרופילן (FEP). העובר המוטבע מתפתח בדרך כלל עקב צמיגות נמוכה של המדיום. במקביל, צינור FEP מגביל את המדיום ואת המדגם עבור משך הניסוי. כאן אנו מספקים פרוטוקול מפורט של הטכניקה החדשה ההרכבה ומציג נתונים המשקפת את היתרונות שלה על פני הפרוטוקול הקונבנציונלי. אנו מראים כי עם התפתחות דג הזברה השיטה שלנו ניתן הדמיה ברציפות עם רזולוציה מרחבית ובזמן גבוה על פני תקופה של יותר מיומיים.
5in "עבור: src =" "/> /" = src "/ files/ftp_upload/51119/51119fig1.jpg files/ftp_upload/51119/51119fig1highres.jpg
איור 1. העיקרון של מיקרוסקופיה גיליון אור. דג הזברה רכוב בצינור עשוי אתילן Fluorinated פרופילן (FEP) יכול להיות מתורגמת ומסובב דרך מישור המוקד של מטרת זיהוי. סדין דק של אור הלייזר (גיליון אור) צפוי על ידי מטרת התאורה למישור המוקד של מטרת האיתור ומאיר סעיף אופטי דק בלבד של הדגימה. אות הקרינה הנפלטת נאסף על ידי מטרת האיתור ונרשמה על שבב מצלמה.
שיטות מיקרוסקופיה מתקדמות כגון מיקרוסקופיה גיליון אור תאפשר לנו להקליט את נתוני תמונה עם רזולוציה של זמן ומרחב גבוה במשך כמה ימים, אבל גם דורשות מדגם טכניקות הרכבה כדי לשפר. אנו מציגים פרוטוקול מפורט של multilayer הרכבה למיקרוסקופיה גיליון אור של פיתוח דג הזברה. השיטה היא פשוטה ליישום ואנו משתמשים בו במעבדה שלנו על בסיס יומי.
צינורות FEP
רכיבים מרכזיים באסטרטגיית ההרכבה שלנו הם צינורות עשויים אתילן Fluorinated פולימר פרופילן (FEP). החלטנו להשתמש FEP בעיקר בשל מדדה השבירה של 1.338, שהוא דומה למים ולכן מתאים באופן אידיאלי למיקרוסקופיה גיליון אור עם מטרות מים טבילה ודגימה הדורשת תקשורת מימית. הצינורות עם 0.8 מ"מ קוטר פנימי ו0.4 עובי דופן מ"מ יתאים לדג הזברה מתפתח יפה מאוד, ניתן להשתמש בם עם מחזיקי מדגם טיפוסיים המתאימים ל1.6 מ"מ נימים והם הבחירה הראשונה שלנו לשיטת ההרכבה הציגה. בדקנו אותם ביסודיות בהגדרות בבנייה העצמית שלנו, כמו גם במערכת המסחרית "Lightsheet Z.1" על ידי Carl Zeiss מיקרוסקופית ומצאנו כי צינורות FEP מציעים יציבות לטווח ארוך, יש השפעה מינימאלית בלבד על ביצועים אופטיים ו10 nonfluorescent. הם, לעומת זאת, אינם מתאימים ליישומים עם דגימות שדורשות מקדם שבירה שונה, למשל פינה דגימה.
צינורות, כמו גם שקפים עשויים FEP זמינים במגוון רחב של קטרים ועוביים. בנוסף, ניתן להמס FEP ב 260 ° C ובכך מציע אפשרויות אינסופיות כמעט למדגם תומך הרכבה בהזמנה אישית. צינורות הפולימר נוטים להיות מסופקים לא סטרילי, ולכן פרוטוקול הניקוי משלב מספר צעדים על מנת להבטיח האיכות אופטית הטובה ביותר. הציפוי עם methylcellulose מבטיח ששום חלק של עובר דג הזברה גדל מקלות לפולימר.
<p clהתחת => ההרכבה בינונית "jove_step"ההחלטה לagarose 0.1% מבוססת על בדיקות מקיפות של שיעור צמיחה וחוסר תנועה בריכוזים שונים של agarose וmethylcellulose 10. ריכוזי agarose מעל 0.1% כבר הראו השפעה חמורה על קצב הצמיחה של 24 דג הזברה hpf. בנוסף אנו משתמשים במינונים נמוכים של תרופות ההרדמה Tricaine. פוטנציאל פעולה בלוקים Tricaine, ובכך מעכב את העברת האותות בין המוח ושרירים ומדכא התכווצויות שרירים 16. ריכוז של 133-200 מ"ג / ליטר מבטיח חוסר תנועה מספקת של דג הזברה בין 24-72 hpf. עם זאת, Tricaine וסמים הרדמה אחרים שבדקו מינון מופע תופעות לוואי תלוי כגון בצקת לב. בנוסף המינון הנדרש של Tricaine משתנה עם השלב ההתפתחותי של העובר. לכן אנו ממליצים להקטין את ריכוז Tricaine לסכום הדרוש לשלבי ההתפתחות שהם צילמו. כדי להבטיח performan הטוב ביותרce ולמנוע היווצרות של תוצרי לוואי רעיל, יש להשתמש בפתרון מניות Tricaine מוכן או מופשר טריים, מוגן מפני אור ולא מחומם מעל 30 ° C.
ההטבעה בצינורות FEP גם מאפשרת שינוי קל של ההרכבה בינונית לתת דין וחשבון לצרכי ספציפיים. עבור זמן לשגות הדמיה של הלב, מומלץ להשתמש methylcellulose 3% ו100 מ"ג / ליטר Tricaine במקום agarose 0.1% ו200 מ"ג / ליטר להרכבה. Methylcellulose הוא צמיג יותר מ -0.1% agarose ובכך לספק חוסר תנועה גבוהה יותר בעצמה ופחות Tricaine צריך לשמש כדי להבטיח כליאה של העובר.
Tricaine רגיש לטמפרטורות מעל 30 מעלות צלזיוס, ויכול גם להיות מדולל על ידי הבינוני בחדר ההדמיה, מה שמוביל לירידה בביצועים ומתעוות האפשרית של העובר. לפיכך, הקפד גם להשתמש Tricaine במדיום ההדמיה שבדגימה רכוב היא שקועה. אם הניסויים שלך דורשים שימוש גבוה יותרטמפרטורות, אנו ממליצים להחליף את המדיום בחדר ההדמיה או כל הזמן על ידי שימוש במערכת זלוף או ידני עם צינור ומזרק בין שתי נקודות זמן.
שלבים קריטיים
השלבים הקריטיים בתהליך של הרכבת מדגם הם הצריכה של הדגימה לתוך הצינור וההחדרה של תקע agarose. הצריכה מגדירה את עמדתו הראשונית של העובר, שהוא מסורבל לשנות לאחר מכן. דגימות מרובות צריכה להיות זמינות לעלות וצריכה להיות במעקב באיכות ההרכבה עם סטראו. אם כיוון המדגם אינו משביע רצון, לשנות את המהירות של ציור את הדגימה והימנעות התנועות הבאות של הבוכנה עשוי לעזור כמו זה לעתים קרובות מסובב את העובר. 1.5% תקע agarose הוא הכרחי כדי למנוע דליפה של agarose .0.1%. פני השטח של התקע בתוך הצינור צריך להיות שטוחים לא להשפיע על הנטייה המדגם במהלך פיתוח. כדי להשיג גלישה טובהאס, בעוביים שונים של שכבות agarose צריכים להיבדק והצינור צריך להיות הכניס לתוך agarose הרגיל אל פני השטח. מסתובב הצינור קצת ומוציא את הצינור משחרר בזהירות את התקע מהצלחת. איכות ההרכבה יש לבדוק עם סטראו לפני ההדמיה.
הדמיה Multiview
אחד יתרונות גדולים של מיקרוסקופיה גיליון אור הוא ההדמיה Multiview, היכולת לסובב את הדגימה, לרכוש Z-ערימות מזוויות מרובות ולאחר מכן להירשם ולמזג אותם. שיטה הוקמה לרשום Z-הערימות בחלל 3D היא רישום מבוסס חרוז באמצעות חרוזי ניאון המקיפים את המדגם כסמני אמונים 17. שיטה זו אך מסתמכת על הרכבה בינונית מוצקה כגון agarose 1.5% ונראה אפוא להיות בקנה אחד עם multilayer הרכבה שהוצג כאן. אבל כמה פתרונות חלופיים לעבוד בהתאם ליישום. ראשית, חרוזי הניאון יכוליםישולב בתקע agarose, שצריך להיות בשדה הראייה במהלך הרכישה. שנית, יכולות להיות מכוילים עמדות השלב שלפני הניסויים בפועל באמצעות טור agarose 1.5% עם חרוזי ניאון. שלישית, ניתן להשתמש בם סמנים חלופיים כגון גרעיני ניאון כדי לזהות את המיקום של Z-הערימות יחסית זה לזה.
התאדות
setups מיקרוסקופיה גיליון האור אופייני להשתמש מדגם חדר פתוח, מה שמוביל לאידוי הבלתי נמנע של המדיום. מאז המדיום הוא חיוני להישרדותה של הדגימה, כדי להגביל את האידוי של מדיום ההרכבה ולמקדם השבירה הנכונה בין אופטיקה ומדגם, אנו ממליצים לקחת אחד או יותר מהאמצעים הבאים כדי למנוע אידוי. ראשית, בינוני בתא ניתן להחליף כל הזמן על ידי מערכת זלוף. שנית, המדיום יכול להיות ומילא באופן ידני. שלישית, התא יכול להיות מכוסה במכסה או בנייר כסף גמיש.
<pclass = "jove_step"> אספקת חמצןFEP הפולימר פותח כדי לעמוד במגוון רחב של חומרים כימיים ולכן הוא חזק, אינרטי מבחינה כימית וnonpermeable לגז. במקרה של חמצן רב שכבתי הרכבה יכולה רק לחדור דרך תקע agarose וממשק agarose באוויר, אבל זה עדיין לא הראה אם אספקת החמצן בהרכבה רב שכבתית היא בחומרה נמוכה יותר בהשוואה להתקנה ב1.5% agarose מבלי לתמוך בצינור פולימר. עם זאת, כמו בהרכבת agarose 1.5% יכולים לשמש רק כשעתיים לפני מורפולוגיה דג הזברה מושפעת הרכבה רב שכבתית נראה שיש הפתרון מעולה הכולל הדמיה לטווח ארוך.
הדמיה בשלבים מוקדמים יותר של פיתוח
רב שכבתי והרכבה הפכה כעת טכניקת ההטבעה סטנדרטית שלנו למיקרוסקופיה גיליון אור הזמן לשגות של hpf מבוגרת מ24 דג הזברה. חוץ מזה, אנחנו גם להשתמש בצינורות הפולימר להדמיה של עוברי שלב מוקדם יותר. הדוארmbryos להישאר בchorions והם רכובים בצינור FEP עם קוטר פנימי של 1 מ"מ ומלא E3. דג הזברה יכולה לפתח בחופשיות בתוך סיסית ועדיין יכולה להיות צילמה גם באמצעות מיקרוסקופ גיליון אור.
השקפה
הרכבת המדגם רב שכבתי הציגה משחררת את מלוא הפוטנציאל של מיקרוסקופיה גיליון אור לביולוגיה התפתחותית בזמן אמת עם דג הזברה. זה יכול בקלות להיות מאומץ על שיטות מיקרוסקופיה אחרות כגון טומוגרפיה אופטית הקרנה (OPT) ואורגניזמים אחרים. אנו מאמינים כי צינורות FEP בגודל הסטנדרטי הם רק הצעדים הראשונים לקראת מדגם טכניקות הרכבה המותאמת לצרכי ספציפיים.
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים לאגודת מקס פלנק, תכנית Frontier אדם המדע (HFSP) וBoehringer Ingelheim Fonds למימון ותמיכה.
Fluorinated Ethylene Propylene (FEP) tubes | Bola | S 1815-04 | 0.8 / 1.6 mm inner / outer diameter, other sizes available |
Omnifix-F Solo 1 ml Syringe | B. Braun Melsungen AG | 9161406 V | |
Sterican Single-Use Cannula, blunt | B. Braun Melsungen AG | 9180109 | 0.8 x 22 mm, other sizes available, outer diameter of cannula has to fit inner diameter of FEP tube |
50 ml Polypropylene Centrifuge Tube | Corning | 430829 | |
1 M NaOH | |||
0.5 M NaOH | |||
70% EtOH | |||
Methylcellulose | Sigma | M0387 | supplied as powder |
E3 medium (for zebrafish embryos) | |||
1.5 ml Reaction Tube | Eppendorf | 3810X | |
Agarose, low gelling temperature | Sigma | A9414 | supplied as powder |
Petri Dish | Greiner | 633180 | plastic, 94 x 16 mm |
Tricaine | Sigma | E10521 | synonyms: Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate, MS-222, TS 222, Tricaine methanesulfonate |
10x/0.3 W Microscope Objective Lens | Leica | HCX APO L | |
EMCCD Camera | Andor Technology | iXon 885 EMCCD |