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Biology

Nefrotoxina Microinyección en pez cebra para modelar la lesión renal aguda

Published: July 17, 2016 doi: 10.3791/54241

Summary

Las lesiones renales efectuados desde nefrotóxicos, que incluyen medicamentos que van desde antibióticos a los agentes quimioterapéuticos, pueden dar lugar a trastornos complejos cuya patogénesis se conoce por completo. Este protocolo se muestra cómo el pez cebra se puede utilizar para el modelado de la enfermedad de estas condiciones, que se pueden aplicar a la identificación de medidas renoprotective.

Abstract

Los riñones son susceptibles al daño causado por la exposición a los productos químicos que se filtran desde el torrente sanguíneo. Esto puede conducir a una lesión de órganos asociada con una rápida disminución de la función y el desarrollo del síndrome clínico conocido como lesión renal aguda (IRA) renal. Los agentes farmacológicos utilizados para tratar las circunstancias médicas que van desde la infección bacteriana con el cáncer, cuando se administra individualmente o en combinación con otros fármacos, pueden iniciar AKI. El pez cebra son un modelo animal útil para estudiar los efectos químicos sobre la función renal in vivo, ya que forman un riñón embrionario compuesta de unidades funcionales de nefrones que se conservan con los vertebrados superiores, incluidos los humanos. Además, el pez cebra puede utilizarse para realizar cribados genéticos y químicos, que proporcionan oportunidades para dilucidar los aspectos celulares y moleculares de AKI y desarrollar estrategias terapéuticas tales como la identificación de moléculas nefroprotectores. Aquí, demostramos como la microinyección en elembrión de pez cebra puede ser utilizado como un paradigma para estudios nefrotoxina.

Introduction

AKI es una pérdida abrupta de la función renal que puede conducir a consecuencias devastadoras para la salud 1. AKI es un problema importante de la salud en todo el mundo debido a su alta incidencia de aproximadamente el 20% de los pacientes hospitalizados, con tasas aún mayores de 30-50% en los casos de cuidados críticos y los ancianos, y las tasas de mortalidad de 50-70% 1-3. Desafortunadamente, la prevalencia de la LRA ha ido en aumento y se prevé que agravar más durante la próxima década, debido en parte a la diversidad de factores que pueden inducir lesión renal aguda, que incluyen el estrés post-operatorio, la isquemia, y la exposición a nefrotoxinas tales como antibióticos y fármacos quimioterapéuticos 4.

AKI implica daño celular súbita en el riñón, que se producen comúnmente en las nefronas, que son las unidades funcionales esenciales, y se componen de un filtro de sangre y un túbulo segmentado que drena la orina en los conductos colectores centrales 1. Cuando un número significativo de nefronas sondañado durante AKI, los efectos inmediatos incluyen una interrupción en el aclaramiento de residuos de la circulación, y el flujo de fluido reducida o abrogada través de nefronas debido a la obstrucción de las células muertas y moribundas 1. Con el tiempo, la obstrucción tubular puede conducir a la degeneración de las nefronas enteras, lo que reduce de forma permanente de la función renal 1. Alteraciones fisiológicas en el riñón siguientes AKI también implican complejos eventos inflamatorios que pueden conducir a la cicatrización crónica 1.

A pesar de estos resultados, las nefronas tienen cierta capacidad para someterse a la regeneración después de la IRA que reconstituye el 5,6 epitelio tubular. Si bien ha habido una comprensión cada vez mayor de la regeneración molecular nefrona, los mecanismos sigue siendo difícil en muchos aspectos y fuese necesario prolongar la investigación 7. El grado en que los resultados de AKI en el daño renal permanente También se desconoce. La investigación actual sugiere el potencial regenerativo para el riñón es elmás alta después de los casos menos graves de AKI, mientras que los episodios más pronunciados o repetidas conducen a la enfermedad renal crónica (ERC) y culminar en la enfermedad renal en etapa terminal (ESRD) que requiere el trasplante o diálisis 8,9 para salvar vidas. Además, las personas que ya sufren de enfermedad renal crónica corren un riesgo aún mayor de contraer un episodio grave de lesión renal aguda 8,9. Tomados en conjunto, está claro que continuó la investigación básica y clínica es vital para entender, tratar y prevenir la IRA.

La investigación con modelos animales ha sido fundamental en la apreciación de la progresión de las alteraciones locales y ambientales que se producen durante AKI 10. Para ampliar esta comprensión, así como desarrollar nuevas terapias, el modelo animal de pez cebra se ha empleado en una variedad de maneras 11,12. Las nefronas del riñón pez cebra, tanto en el embrión y de adultos, muestran un alto grado de conservación con mamíferos 13-16. Además, la lesión epitelial nefrona en zebrafish se asemeja al proceso en los vertebrados superiores, por lo que la destrucción local de células tubulares es seguida por la proliferación intratubular y el restablecimiento de la arquitectura de nefronas 17-19. En el embrión, sin embargo, grandes daños túbulo de las nefrotoxinas tales como cisplatino está asociada con letalidad 20,21. En comparación, el pez cebra adultos sobreviven AKI y exhiben capacidades regenerativas de fondo en el riñón. Por ejemplo, tras la exposición a la gentamicina antibiótico aminoglucósido, pez cebra regenerar daño epitelial túbulo y crecer nuevas unidades de nefrones, así 22-24. Si bien estos estudios AKI gentamicina inducida han proporcionado valiosa información, la comprensión de daño renal de diversas nefrotoxinas sigue siendo fundamental para apreciar los efectos y la respuesta a los diferentes tipos de daños 25.

El embrión de pez cebra, debido a su tamaño, la transparencia y la trazabilidad genética, tiene muchos beneficios para los estudios nefrotoxina <sup> 25, donde se utiliza el método de microinyección 20,21 para administrar la molécula (s) para su investigación. Nefronas están formados por 24 h después de la fecundación (HPF) y empiezan a filtrar la sangre en aproximadamente un 48 HPF 26,27. Por lo tanto, la rápida formación y la función del riñón embrionario facilita el análisis experimental. Sin embargo, el proceso de microinyección tiene desafíos técnicos y no puede haber una curva de aprendizaje para el dominio de la técnica. En este artículo de vídeo, se describe cómo realizar microinyecciones y proporcionar sugerencias para solucionar problemas con el fin de mejorar la tasa de éxito de las inyecciones.

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Protocol

Los procedimientos para trabajar con embriones de pez cebra que se describen en este protocolo fue aprobado por el Comité de Cuidado y Uso de Animales Institucional de la Universidad de Notre Dame.

1. Preparación de soluciones

  1. Hacer una solución 50x social de los medios de embriones E3 mezclando 73,0 g de NaCl, 3,15 g de KCl, 9,15 g de CaCl2, y 9,95 g MgSO4 en 5 litros de agua destilada, y se almacena a temperatura ambiente.
  2. Para el cultivo de los embriones de pez cebra, se diluye la solución de 50x social de E3 del medio de impresión de embrión a una solución de trabajo 1x con agua destilada, a continuación, añadir 200 l de 0,05% de azul de metileno para cada 1 l de 1x E3 para actuar como un fungicida, y almacenar a RT.
  3. Hacer una solución de bloqueo de los medios de pigmentación embrión E3 con 0,003% de 1-fenil-2-tiourea (PTU) mediante la combinación de 40 ml de la Bolsa de 50x E3 con 0,06 mg PTU. A continuación, llevar el volumen a un total de 2 L con agua destilada.
  4. Se agita la O E3 / PTU / N a temperatura ambiente para obtener el polvo de PTU en la solución. A continuación, almacenar el E3 / PTU por elRT.
    Nota: El E3 / PTU tiene una vida útil de aproximadamente una semana, y las soluciones mayores serán menos eficaces en el bloqueo de desarrollo pigmentación en larvas de pez cebra.
  5. Hacer una solución anestésica de 0,2% tricaína (MS-222) mediante la adición de 1 g de tricaína a 500 ml de agua destilada y ajustar el pH a 7,2 con 1 M Tris, pH 9,5.
  6. Prepárese para hacer una solución de metilcelulosa al 2% para formación de imágenes mediante la colocación de una solución de 1x E3 (sin azul de metileno), con 1/10 volumen de 0,2% tricaína añadió a 4 ° C.
    Nota: La solución de metilcelulosa es una solución espesa, clara que se utiliza para estabilizar suavemente embriones vivos para la microscopía. Después se llevan a cabo las manipulaciones de los embriones se pueden lavar en 1x E3 para disolver la metilcelulosa sin herir el animal y permitiendo microscopía en las etapas posteriores en la misma muestra.
  7. Cuando se enfría a 4 ° C, se agita la solución 1x E3 / Tricaína vigorosamente en una placa de agitación y añadir poco a poco la cantidad apropiada de metilopolvo de celulosa mientras se continúa agitando vigorosamente. Añadir poco a poco el polvo a la solución para prevenir la formación de agregados insolubles de metilcelulosa.
  8. Después de que todo el polvo se mezcla en la solución de metilcelulosa / E3 / tricaína 2%, se agita la solución de compuesto en el 4 ° C habitación fría O / N.
    Nota: La temperatura fría es mejor para disolver completamente el polvo. Si la solución no es clara después de una noche, se agita durante una jornada adicional y / o un segundo O / N.
  9. Para eliminar las burbujas de aire de la metilcelulosa 2% / solución / tricaína E3, alícuota de la mezcla en tubos de 1,5 ml y giro a alta velocidad (12.000 xg) a 4 ° C durante 30 minutos o hasta 2 horas.
  10. Coloque la solución / E3 / tricaína metilcelulosa al 2% a 4 ° C para el almacenamiento a largo plazo.
    Nota: Antes de su uso, las alícuotas deben ser pre-calentado a la temperatura ambiente para trabajar con los especímenes de pez cebra.

2. Preparación de Herramientas

  1. Preparar una herramienta de embriones manipulador, que se utiliza para posicionar embriones para la microinyección, uniendo una punta de carga de gel en la punta de una aguja de disección recta 5 ", y asegurar con cinta adhesiva o pegamento.
  2. Preparar las agujas de microinyección usando un extractor de aguja, colocando primero un incendio pulido de 10 cm de vidrio de borosilicato con filamento en el instrumento y asegurar el vidrio de borosilicato apretando las asas.
  3. Levante el vidrio de borosilicato a la moda agujas finas-cónicos. Utilice los siguientes parámetros: calor 540, tire 245, velocidad 200, 125 y la hora.
  4. Pone las agujas dentro de una cápsula de Petri, suspenderlas en una tira de pasta de modelar para proteger las puntas de aguja, y mantener el plato cubierto para evitar la acumulación de polvo.
  5. Para terminar la preparación de la aguja para microinyecciones, utilizar un borde de la cuchilla de afeitar o unas pinzas finas para cortar el extremo tirado de la aguja para crear una punta de inyección angular aguda con un diámetro de aproximadamente 0,05 a 0,1 mm.
  6. Para hacer que la bandeja de microinyección, preparar una solución / E3 1,5% de agarosa en un 100 ml matraz de Erlenmeyer y disolver la agarosa por calentamiento de la E3 a ebullición en un horno de microondas, dejar enfriar a temperatura ambiente durante aproximadamente 10 min.
  7. Verter la solución de agarosa / E3 enfriado en un plato de Petri para hacer una base con una profundidad de aproximadamente 0,5 cm. Cuando esto se ha solidificado verter una segunda capa con una profundidad de aproximadamente 0,3 cm y insertar el molde así embrión prefabricado y permitir que la agarosa solidifique a temperatura ambiente.
    Nota: Al insertar el molde dentro de la capa / E3 agar superior, colocando el molde en el agar en un ángulo para disminuir el número de burbujas de aire.
  8. Cuando toda la bandeja de microinyección se ha puesto, levantar el embrión prefabricada así moldear a cabo lentamente y con cuidado utilizando un scoopula, a continuación, llenar el recipiente con solución E3 y se almacena a 4 ° C.

3. Preparación de embriones

  1. Configurar tanques de apareamiento de pez cebra mediante la colocación de separadores en las cámaras de apareamiento y se llenan de agua del sistema.
  2. Colocar un pez en cada lado del divisor sran que cada cámara de acoplamiento contiene una hembra y un macho de pescado y cubrimos cada cámara de apareamiento.
  3. A la mañana siguiente, quitar los separadores para permitir el desove.
  4. Compruebe el pescado después de aproximadamente 30 minutos, y después de la devolución de los adultos al acuario, recoger sus embriones haciendo pasar el agua del tanque de apareamiento a través de una herramienta colador de alambre de malla fina.
  5. Invertir el colador sobre una placa de Petri y enjuague con E3 para recoger los embriones.
  6. Incubar los embriones a 28,5 ° CO / N.
  7. Cuando los embriones han alcanzado la fase de 24 a 26 somite 26, se decanta la mayoría de los medios de comunicación E3 y luego dechorionate mediante la adición de 100 l de 50 mg / ml de pronasa a cada placa de embriones e incubando la placa a temperatura ambiente (23 ° C) durante aproximadamente 15 min.
    Nota: Se tarda aproximadamente 24-25 horas desde el momento de la fecundación de los embriones para llegar a la etapa 24-26 somite si se recogen en la forma descrita y se incubaron O / N a 28,5 ° C.
  8. Llenar el recipiente conE3 y luego girar suavemente para desalojar a los chorions de los embriones.
  9. Decantar el E3 / pronasa y enjuagar el recipiente con 25 ml de E3 fresco. Repita el paso de enjuague para eliminar toda la pronasa.
  10. Para bloquear el desarrollo de la pigmentación, se decanta el E3 y reemplazar con 25 ml de frescas E3 / PTU cuando los embriones han llegado a las 24 horas después de la fecundación.
    Nota: Para los experimentos que abarca varios días, en lugar de la solución E3 / PTU por medio nuevo una vez al día para mantener el plato limpio.

4. La microinyección de solución nefrotoxina

  1. En el día de la inyección, preparar la solución nefrotoxina deseado junto con el vehículo de control apropiado.
  2. Vortex o mezclar suavemente para asegurar el fármaco (s) es / son en solución, la comprobación de los lados del tubo y la parte superior de la columna de agua.
    Nota: Las soluciones nefrotoxina puedan estar preparados para contener trazas de dextrano conjugado con fluorescencia para monitorizar la eficacia de microinyección y también evaluar la depuración renal en subseqtiempo uente apunta 20,28.
  3. Cargar una aguja de microinyección adornado con 2-3 ~ l de la nefrotoxina enroscando una punta de carga de gel fino en la parte posterior de la aguja y la suspensión de la aguja en posición vertical con un trozo de cinta para permitir que la solución para llenar la punta de la aguja recortado por la gravedad.
  4. Una vez que la punta de la aguja está lleno, asegurar la aguja cargada en el micromanipulador.
  5. Probar el volumen microinyección mediante la colocación de una gota de aceite mineral sobre un portaobjetos de micrómetro e inyectar en el aceite para evaluar el tamaño de gota. Un volumen de inyección de 500 pl tiene un diámetro de 0,1 mm.
  6. Retire el plato de embriones a partir de la incubadora, y anestesiar mediante la adición de aproximadamente 5 ml de 0,2% tricaína al plato embrión.
  7. Para asegurar la anestesia completa, toque suavemente embrión con la punta de la herramienta de embriones manipulador. La falta de movimiento indica suficiente anestesia.
  8. Después de la anestesia con éxito, la transferencia de los embriones al molde de inyección con una transfpipeta er.
  9. Maniobra de cada embrión en un pozo diferente del molde colocando la cabeza en la zona más profunda del pozo de tal manera que el tronco se apoya a lo largo de la depresión y la cola se pega a salir de la depresión.
  10. Insertar la aguja se introduce en el micromanipulador y la posición de la punta de la aguja junto a un embrión.
  11. Suavemente inserte la aguja en el recipiente de la cola moviendo el joystick hacia adelante y presione el pedal de pie para entregar la microinyección.
    Nota: El éxito de la inyección se puede medir observando el líquido entrar en circulación. Además, co-inyección de la nephrotoxicant con dextrano conjugado con fluorescencia permite al investigador para verificar la inyección con éxito después del procedimiento.
  12. Tire suavemente hacia atrás en el joystick para extraer la aguja del embrión.
  13. Después de la inyección, la transferencia de los embriones a un plato limpio y enjuague para eliminar el Tricaína y reemplazar con fresco E3 / PTU.
  14. Incubar el embrión hasta el punto de tiempo deseado para evaluars morfología, que puede ser documentada por la fotografía en los medios de montaje metilcelulosa, o un proceso para el análisis experimental como se desee.
    Nota: Recuperación de embriones debe ser evaluado para determinar el porcentaje de individuos con edema, que comúnmente se indica lesión renal.

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Representative Results

Una estación de microinyección configurar incluye un estereomicroscopio, micromanipulador y regulador de presión (Figura 1A). La transiluminación de la placa de inyección es preferible para ver las muestras durante este procedimiento (Figura 1B). Preparación de la aguja de inyección consiste en tirar el vidrio de borosilicato apropiado, seguido de la preparación del borde con el corte y finalmente de vuelta a cargar la aguja. De manera óptima, la punta de la aguja está biselada en vez de romos (Figura 1C), un corte que se hace inclinando fuertemente el borde del instrumento de corte, tal como las pinzas finas, durante el procedimiento de corte (Figura 1D). Este borde biselado es crítica y afectará en gran medida la capacidad de insertar suavemente la aguja en el pez cebra.

En el día de la inyección, los embriones se colocaron utilizando robusto pero flexible embriónHerramientas de manipulación (Figura 1E). Para la inyección, los embriones fueron maniobrar, de manera que el torso descansaba a lo largo del lado de la bandeja de inyección para proporcionar apalancamiento para la etapa de inyección subsiguiente (Figura 1F). Mientras se inyecta, uno debe centrarse el plano de vista en el torso embrionario para visualizar el destino vascular para la inserción de la aguja y luego observar el material inyectado entrar en la circulación (Figura 1G).

La transparencia del embrión de pez cebra facilita el procedimiento de microinyección, y puede mejorarse aún más mediante tratamiento químico PTU en 24 HPF para disminuir el desarrollo de la pigmentación durante un transcurso de tiempo experimental típico (Figura 2A). Aquí, las muestras de embriones se les permitió desarrollarse a través de la etapa 72 hpf, a continuación, eran o mock inyectado, microinyección con vehículo de solución salina, o microinyección con 2,5 mg / ml de gentamicina (Figura 2A).La observación en vivo subsiguiente se llevó a cabo en uno y dos días después de la inyección, el uso de la iluminación transiluminación con un microscopio estereoscópico (Figura 2B). En comparación con los embriones inyectados simulados o de solución salina, sólo los individuos gentamicina inyectada mostraron el desarrollo de edema (Figura 2B), en este caso edema pericárdico, lo que sugiere una abrogación de la funcionalidad normal del riñón consistentes con las observaciones previamente publicadas 11,20,21.

Figura 1
Figura 1. aparatos y herramientas de microinyección. (A) Estación de inyección configurado con microscopio estereoscópico (izquierda), y el soporte de la aguja micromanipulador (centro) y el regulador de presión (derecha). (B) La transiluminación de la placa de inyección. (C) A la izquierda: aguja de sección Blunt. Derecha: corte biselado de la aguja. (D) Mfórceps ine utilizan para cortar puntas de las agujas. (E) herramientas de manipulación utilizados para insertar y colocar los especímenes en el molde de inyección. (F) Los embriones vistió en el molde microinyección. Barra de escala = 0,5 mm. (G) de posicionamiento de la aguja al lado del embrión para la inyección. Barra de escala = 0,15 mm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2. línea de tiempo y edema después de la inyección de ensayo experimental. (A) Ejemplo experimental nefrotoxina línea de tiempo en el pez cebra, aquí aplica a un estudio de gentamicina. Los embriones fueron dechorionated y tratados con solución PTU a 24 h después de la fecundación (HPF). Cada día, la solución PTU se decantó y se reemplazó con medio fresco como lo indica el smaller flechas verdes. A las 72 hpf, los embriones fueron anestesiados, se transfirió a un molde de inyección y después se trató como sigue: mock inyecta o se inyecta solución salina (control vehículo) o gentamicina. Después de la reactivación de los embriones en medio fresco, se observaron los embriones a 1 y 2 días después de la inyección (96 y 120 hpf, respectivamente) para el análisis y adquisición de imágenes. (B) Inicio: embrión de pez cebra no inyectada. Medio: embriones inyectados a las 72 HPF con solución salina. En pocas palabras: embrión inyectado con gentamicina 2,5 mg / ml. Barra de escala = 0,5 mm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

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Discussion

Un número diverso de agentes terapéuticos se han asociado con AKI 29. Ha habido avances en la investigación significativo en la comprensión el daño inducido por muchos compuestos individuales, tales como la gentamicina aminoglucósido 30 y el cisplatino quimioterapéutico ampliamente utilizado 31,32. Algunos cambios patológicos implicados en estas condiciones, sin embargo, siguen siendo objeto de estudio en curso. Uno de los retos emergentes sigue siendo la comprensión de cómo múltiples fármacos afectan negativamente a los pacientes, especialmente aquellos en poblaciones de alto riesgo como los de la configuración de cuidados críticos y los ancianos 29. Por lo tanto, los modelos que permiten a los nuevos estudios basados ​​celulares sobre los efectos de la lesión renal aguda inducida por drogas juegan un papel importante en la mejora de la detección de esta condición y apreciar las interacciones entre medicamentos dinámicos.

Trabajar con modelos de mamíferos como el ratón y la rata han sido parte integral de establecer cambios celulares en el riñón siguientes AKI, but una limitación con estos sistemas es que la observación, en tiempo real directo es limitada debido a la complejidad de la arquitectura y la ubicación interna del órgano. En pocas palabras, el riñón no está disponible para la observación directa, lo que requiere que los individuos se sacrifican para analizar el riñón. Estas limitaciones pueden ser contrarrestados mediante el uso de embriones de pez cebra, que forman un riñón simple de dos nefronas que tienen una estructura segmento conservado con otros vertebrados, incluyendo seres humanos 33. El desarrollo del pez cebra se produce fuera del útero y con la pigmentación de menor importancia, lo que permite la observación directa de la organogénesis y el seguimiento de las respuestas a las señales externas renal 34. Herramientas para el análisis molecular, tales como la expresión de genes 35-37, se han utilizado con alta resolución para determinar las características de la nefrogénesis 38-40. manipulaciones experimentales para pruebas de pequeñas moléculas a través de la genética química están bien establecidos en el pez cebra y aplicable a la kidney 41-43. De hecho, en los últimos años, el pez cebra se han aplicado para modelar la nefrotoxicidad de agentes que van de acetaminofeno a las micotoxinas y ácido aristolóquico 44-48. Es importante tener en cuenta que también existen limitaciones significativas a modelado AKI en el embrión de pez cebra, debido a la simplicidad de la estructura renal en esta etapa en el desarrollo. Por ejemplo, el pez cebra no son adecuados para hacer frente a las interacciones multifactoriales dentro del tejido renal que está densamente llena de nefronas que están rodeados por un estroma compleja que contiene varios tipos de células intersticiales, como es el caso en el roedor o metanefros humanos. De este modo, el pez cebra son los más adecuados para la visualización de los cambios celulares y moleculares autónomas en la nefrona durante AKI.

El método de microinyección descrito aquí, que tiene una curva de aprendizaje muy pronunciada, es muy útil para el estudio de los dos estados de desarrollo y de enfermedad incluyendo nefrotóxicos. Esta técnica se puede utilizar a TeST drogas por separado o en combinación. Además, las inyecciones se pueden realizar durante una amplia gama de puntos de tiempo de desarrollo. Un método similar, igualmente viable para realizar microinyecciones intravenosos en larvas de pez cebra se ha descrito previamente por Cosentino, et al. 21. Una distinción significativa en su metodología, en comparación con los métodos descritos aquí, es que el embrión a inyectar se inmoviliza utilizando una pipeta de sujeción 21. El uso de una pipeta de sujeción es una alternativa viable para el molde de inyección. Los investigadores que buscan implementar la microinyección como un método de entrega de agentes nephrotoxicant debe ser consciente de esta alternativa y tal vez desee comparar los métodos para identificar qué es personalmente preferible, como aprender a manipular la pipeta de sujeción a fin de no dañar el embrión implicará la práctica tal como lo exige la práctica de maniobrar con éxito y microinyectar uso de un simple molde de inyección con una cavidad para la depresión EMBRyos.

Al realizar este procedimiento, es fundamental para preparar agujas de inyección de tamaño adecuado, y para cortar el ángulo en la punta de la aguja para optimizar entrada suave y salida en la circulación embrionaria. Durante el procedimiento de inyección, es crítico para controlar el volumen de inyección para evaluar la consistencia de la entrega nefrotoxina entre muestras. La evaluación periódica del volumen de inyección con un micrómetro se puede realizar si el investigador tiene incertidumbre acerca de los cambios de volumen mientras se realiza un experimento. Por ejemplo, debido a la naturaleza de la técnica, la punta de la aguja puede obstruir parcial o totalmente con los restos celulares. Esta complicación puede ser contrarrestado por la limpieza de la aguja periódicamente para asegurar la consistencia del fluido eyectado. Además, un colorante vital como rojo de fenol se puede añadir a la mezcla para actuar como un marcador visual de la inyección y ayudar en el control de la dispersión de fluido 49,50. Además, las inyecciones de moléculas trazadoras pueden ayudar enla visualización de las poblaciones de células específicas, después de la inyección. Para co-inyección de restos dextrano fluorescentes, específicamente de 10 kDa conjugados de dextrano, tiene un número de aplicaciones 16,17. En este caso, la evaluación de la intensidad de fluorescencia se puede realizar inmediatamente después del procedimiento para confirmar la microinyección éxito con fuga mínima. La intensidad se puede medir usando la fotografía captura de imagen apropiado y luego reexaminado en puntos de tiempo posteriores para medir el cambio en la intensidad fluorescente a fin de medir el aclaramiento renal 51. Además, la reabsorción del dextrano en el túbulo proximal proporciona un proxy para la funcionalidad de este segmento de la nefrona 16,17.

En conjunto, hay muchas maneras de que la microinyección se puede utilizar para investigar AKI con el pez cebra, en particular ya que este modelo proporciona la oportunidad de hacer frente a la farmacocinética in vivo. Por lo tanto, una vez dominado, la microinyección de nefrotoxinasen el embrión de pez cebra ofrece un paradigma útil para los estudios renales.

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Acknowledgments

Este trabajo fue apoyado en parte por la subvención NIH DP2OD008470. Además, la memoria RAM fue apoyado en parte por los fondos proporcionados por la Universidad de Notre Dame Graduate School. Agradecemos a los funcionarios del Departamento de Ciencias Biológicas, el Centro de Investigación de pez cebra, y el Centro de Células Madre y Medicina Regenerativa de la Universidad de Notre Dame. Agradecemos especialmente a los miembros del laboratorio para enganchar las discusiones acerca de la biología del riñón y sus útiles comentarios sobre este trabajo.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Sodium Chloride American Bioanalytical AB01915
Potassium Chloride American Bioanalytical AB01652
Calcium Chloride American Bioanalytical AB00366
N-Phenylthiourea (PTU) Aldrich Chemistry P7629
Ethyl 3-aminobenzoate (Tricaine) Fluka Analytical A5040
Borosilicate glass Sutter Instruments Co. BF100-50-10
Flaming/Brown Micropipette puller Sutter Instruments Co. Mo. P097
UltraPure Agarose Invitrogen 15510-027
Magnesium Sulfate Sigma-Aldrich M7506
Methylene Blue Sigma-Aldrich M9140
Falcon Diposable Petri Dishes, Sterile, Corning:
60 mm x 15 mm VWR 25373-085
100 mm x 15 mm VWR 25373-100
 (microinjection tray) 150 mm x 15 mm VWR 25373-187
Low Temperature Incubator Fischer Scientific 11 690 516DQ
Micro Dissecting Tweezer Roboz Surgical Instruments Co. RS-5010
Micrometer Ted Pella, Inc. 2280-24

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Basile, D. P., Anderson, M. D., Sutton, T. A. Pathophysiology of acute kidney injury. Compr. Physiol. 2, 1303-1353 (2012).
  2. Ostermann, M. Diagnosis of acute kidney injury: kidney disease improving global outcomes criteria and beyond. Curr. Opin. Crit. Care. 20, 581-587 (2014).
  3. Fluck, R. J. Acute kidney: improving the pathway of care for patients and across healthcare. Curr. Opin. Nephrol. Hypertens. 24, 511-516 (2015).
  4. Silver, S. A., Cardinal, H., Colwell, K., Burger, D., Dickhout, J. G. Acute kidney injury: preclinical innovations, challenges, and opportunities for translation. Can. J Kidney Health Dis. 2, 30 (2015).
  5. McCampbell, K. K., Wingert, R. A. Renal stem cells: fact or science fiction? Biochem. J. 444, 153-168 (2012).
  6. Li, Y., Wingert, R. A. Regenerative medicine for the kidney: stem cell prospects and challenges. Clin. Transl. Med. 2, 11 (2013).
  7. Romagani, P., Lasagni, L., Remuzzi, G. Renal progenitors: an evolutionary conserved strategy for kidney regeneration. Nat. Rev. Nephrol. 9, 137-146 (2013).
  8. Kline, J., Rachoin, J. S. Acute kidney injury and chronic kidney disease: it's a two-way street. Ren. Fail. 35, 452-455 (2013).
  9. Chawla, L. S., Kimmel, P. L. Acute kidney injury and chronic kidney disease: an integrated clinical syndrome. Kidney Int. 82, 516-524 (2012).
  10. Sanz, A. B., Sanchez-Niño, M. D., Martìn-Cleary, C., Ortiz, A., Ramos, A. M. Progress in the development of animal models of acute kidney injury and its impact on drug discovery. Expert Opin. Drug Discov. 8, 879-895 (2013).
  11. McCampbell, K. K., Wingert, R. A. New tides: using zebrafish to study renal regeneration. Transl Res. 163, 109-122 (2014).
  12. McKee, R. A., Wingert, R. A. Zebrafish renal pathology: emerging models of acute kidney injury. Curr. Pathobiol. Rep. 3, 171-181 (2015).
  13. Wingert, R. A., et al. The cdx genes and retinoic acid control the positioning and segmentation of the zebrafish pronephros. PLoS Genet. 3, 1922-1938 (2007).
  14. Wingert, R. A., Davidson, A. J. The zebrafish pronephros: a model to study nephron segmentation. Kidney Int. 73, 1120-1127 (2008).
  15. Wingert, R. A., Davidson, A. J. Zebrafish nephrogenesis involves dynamic spatiotemporal expression changes in renal progenitors and essential signals from retinoic acid and irx3b. Dev Dyn. 240, 2011-2027 (2011).
  16. McCampbell, K. K., Springer, K. N., Wingert, R. A. Analysis of nephron composition and function in the adult zebrafish kidney. J. Vis. Exp. (90), e51644 (2014).
  17. Johnson, C. S., Holzemer, N. F., Wingert, R. A. Laser ablation of the zebrafish pronephros to study renal epithelial regeneration. J. Vis. Exp. (54), e2845 (2011).
  18. Palmyre, A., et al. Collective epithelial migration drives kidney repair after acute injury. PLoS One. 9, e101304 (2014).
  19. Fogelgren, B., et al. Exocyst Sec10 protects renal tubule cells from injury by EGFR/MAPK activation and effects on endocytosis. Am. J. Physiol. Renal Physiol. 307, F1334-F1341 (2014).
  20. Hentschel, D. M., Park, K. M., Cilenti, L., Zervox, A. S., Drummond, I. A., Bonventre, J. V. Acute renal failure in zebrafish: a novel system to study a complex disease. Am. J. Physiol. Renal. Physiol. 288, F923-F929 (2005).
  21. Cosentino, C. C., Roman, B. L., Drummond, I. A., Hukriede, N. A. Intravenous microinjections of zebrafish larvae to study acute kidney injury. J. Vis. Exp. (42), e2079 (2010).
  22. Zhou, W., Boucher, R. C., Bollig, F., Englert, C., Hildebrandt, F. Characterization of mesonephric development and regeneration using transgenic zebrafish. Am. J. Physiol. Renal. Physiol. 299, F1040-F1047 (2010).
  23. Diep, C. Q., et al. Identification of adult nephron progenitors capable of kidney regeneration in zebrafish. Nature. 470, 95-101 (2011).
  24. McCampbell, K. M., Springer, K. N., Wingert, R. A. Atlas of cellular dynamics during zebrafish adult kidney regeneration. Stem Cell Int. , 547636 (2015).
  25. Sharma, P., Sharma, S., Patial, V., Singh, D., Padwad, Y. S. Zebrafish (Danio rerio): a potential model for nephroprotective drug screening. Clinical Queries: Nephrol. 3, 97-105 (2014).
  26. Gerlach, G. F., Wingert, R. A. Kidney organogenesis in the zebrafish: insights into vertebrate nephrogenesis and regeneration. Wiley Interdiscip Rev Dev Biol. 2, 559-585 (2013).
  27. Kimmel, C. B., Ballard, W. W., Kimmel, S. R., Ullmann, B., Schilling, T. F. Stages of embryonic development of the zebrafish. Dev. Dyn. 203, 253-310 (1995).
  28. Hanke, N., et al. 'Zebrafishing' for novel genes relevant to the glomerular filtration barrier. Biomed. Res. Int. 2013, 658270 (2013).
  29. Kane-Gill, S. L., Goldstein, S. L. Drug-induced acute kidney injury: a focus on risk assessment for prevention. Crit. Care Clin. 31, 675-684 (2015).
  30. Lopez-Novoa, J. M., Quiros, Y., Vicente, L., Morales, A. I., Lopez-Hernandez, F. J. New insights into the mechanism of aminoglycoside nephrotoxicity: an integrative point of view. Kidney Int. 79, 33-45 (2010).
  31. Ozkok, A., Edelstein, C. L. Pathophysiology of cisplatin-induced acute kidney injury. Biomed. Res. Int. 2014, 967826 (2014).
  32. Perazella, M. A., Moeckel, G. W. Nephrotoxicity from chemotherapeutic agents: clinical manifestations, pathobiology, and prevention/therapy. Semin. Nephrol. 30, 570-581 (2010).
  33. Cheng, C. N., Verdun, V. A., Wingert, R. A. Recent advances in elucidating the genetic mechanisms of nephrogenesis using zebrafish. Cells. 4, 218-233 (2015).
  34. Pickart, M. A., Klee, E. W. Zebrafish approaches enhance the translational research tackle box. Transl. Res. 163, 65-78 (2014).
  35. Cheng, C. N., Li, Y., Marra, A. N., Verdun, V., Wingert, R. A. Flat mount preparation for observation and analysis of zebrafish embryo specimens stained by whole mount in situ hybridization. J. Vis. Exp. (89), e51604 (2014).
  36. Galloway, J. L., Wingert, R. A., Thisse, C., Thisse, B., Zon, L. I. Combinatorial regulation of novel erythroid gene expression in zebrafish. Exp. Hematol. 36, 424-432 (2008).
  37. McKee, R., Gerlach, G. F., Jou, J., Cheng, C. N., Wingert, R. A. Temporal and spatial expression of tight junction genes during zebrafish pronephros development. Gene Expr. Patterns. 16, 104-113 (2014).
  38. Li, Y., Cheng, C. N., Verdun, V. A., Wingert, R. A. Zebrafish nephrogenesis is regulated by interactions between retinoic acid, mecom, and Notch signaling. Dev. Biol. 386, 111-122 (2014).
  39. Gerlach, G. F., Wingert, R. A. Zebrafish pronephros tubulogenesis and epithelial identity maintenance are reliant on the polarity proteins Prkc iota and zeta. Dev. Biol. 396, 183-200 (2014).
  40. Cheng, C. N., Wingert, R. A. Nephron proximal tubule patterning and corpuscles of Stannius formation are regulated by the sim1a transcription factor and retinoic acid in the zebrafish. Dev. Biol. 399, 100-116 (2015).
  41. Lessman, C. A. The developing zebrafish (Danio rerio): A vertebrate model for high-throughput screening of chemical libraries. Birth Defects Res. C Embryo Today. 93, 268-280 (2011).
  42. Poureetezadi, S. J., Wingert, R. A. Congenital and acute kidney disease: translational research insights from zebrafish chemical genetics. Gen. Med. 1, 112 (2013).
  43. Poureetezadi, S. J., Donahue, E. K., Wingert, R. A. A manual small molecule screen approaching high-throughput using zebrafish embryos. J. Vis. Exp. (93), e52063 (2014).
  44. Peng, H. C., Wang, Y. H., Wen, C. C., Wang, W. H., Cheng, C. C., Chen, Y. H. Nephrotoxicity assessments of acetaminophen during zebrafish embryogenesis. Comp. Biochem. Physiol. C Toxicol. Pharmacol. 151, 480-586 (2010).
  45. Wu, T. S., Yang, J. J., Yu, F. Y., Liu, B. H. Evaluation of nephrotoxic effects of mycotoxins, citrinin and patulin, on zebrafish (Danio rerio) embryos. Food Chem. Toxicol. 50, 4398-4404 (2012).
  46. Ding, Y. J., Chen, Y. H. Developmental nephrotoxicity of aristolochic acid in a zebrafish model. Toxicol. Appl. Pharmacol. 261, 59-65 (2012).
  47. Zennaro, C., et al. Podocyte developmental defects caused by adriamycin in zebrafish embryos and larvae: a novel model of glomerular damage. PLoS One. 9, e98131 (2014).
  48. Ding, Y. J., Sun, C. Y., Wen, C. C., Chen, Y. H. Nephroprotective role of resveratrol and ursolic acid in aristolochic acid intoxicated zebrafish. Toxins. 7, 97-109 (2015).
  49. Rosen, J. N., Sweeney, M. F., Mably, J. D. Microinjection of zebrafish embryos to analyze gene function. J. Vis. Exp. (27), e1115 (2009).
  50. Yuan, S., Sun, Z. Microinjection of mRNA and morpholino antisense oligonucleotides in zebrafish embryos. J. Vis. Exp. (27), e1113 (2009).
  51. Christou-Savina, S., Beales, P. L., Osborn, D. P. Evaluation of zebrafish kidney function using a fluorescent clearance assay. J. Vis. Exp. (96), e52540 (2015).

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Nefrotoxina Microinyección en pez cebra para modelar la lesión renal aguda
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McKee, R. A., Wingert, R. A.More

McKee, R. A., Wingert, R. A. Nephrotoxin Microinjection in Zebrafish to Model Acute Kidney Injury. J. Vis. Exp. (113), e54241, doi:10.3791/54241 (2016).

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