$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Özel yapım bir zebra balığı embriyo titreşim ürkütücü test kurulumu kullanarak kimyasal bileşik değerlendirmesi için iş akışını ve veri analizini sunuyoruz. İş akışı, kıyaslama konsantrasyonu/dozu (BMC/BMD) gibi bileşik toksisitesini belirten tipik parametrelerin hesaplanmasına olanak tanıyan sağlam veriler üretir. Kurulumun modülerliği, verim ve alan gereksinimleri için farklı ihtiyaçlara uyum sağlar. Sistem, nispeten basit bir kurulumun ardından düşük maliyetli bazal bileşenlerden yapıldığından, genellikle aynı anda birkaç tahlil türü için tasarlanan, tescilli yazılıma dayanan ve nispeten maliyetli olan mevcut ticari sistemlere ucuz bir alternatif sunar.
Hem bu ticari sistemler hem de diğer ısmarlama sistemler, çok kuyulu plakalarda tek embriyoların veya larvaların değerlendirilmesine izin verir (örneğin, 12 kuyulu34, 16 oyuklu32,35, 24-kuyulu 20,33,36, 48-kuyucuklu37, 96-kuyucuklu 38,39,40,41,42 ve hatta 384-kuyulu [4x96 kuyu olarak]43), ancak kuyulardaki uzamsal kısıtlama, kaçış tepkisinin bazı veri parametrelerinin (örneğin, kat edilen mesafe) analizini daha zor hale getirir. Ayrıca, bu kurulumların bazılarında görüntüleme, plakanın kuyularının bir alt kümesiyle sınırlıdır ve bu da verimi36,39 azaltır. Embriyoların bulaşıklarda görüntülenmesi, kaçış yanıtı parametrelerinin daha iyi değerlendirilmesine olanak tanır ve aynı anda birkaç embriyonun davranışının kaydedilmesini sağlar (örneğin 6 cm'lik bir tabakta 30'a kadar). Genellikle, çanak tabanlı görüntüleme, çalışma başına bir tabak ile sınırlıdır 44,45,46,47,48 (istisnalar, her biri bir larva içeren 6 tabakta49 veya 2 bölünmüş tabakta 4 larvaüzerinde paralel görüntüleme gerçekleştirir 50), bizim durumumuzda olduğu gibi paralel tasarımlarla çözülebilecek bir dezavantaj. Bu çalışmada kullanılan sistemin bazı özelliklerini ve diğer ticari ve ısmarlama çözümleri Tablo 2'de özetledik 20,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43, 44,45,46,47,48,49,50,
51,52.
Yöntemin bir avantajı, toksisite değerlendirmelerinin performansını artırabilen hem ölümcüllüğü hem de davranış değişikliklerini yakalayan bir okumadır. Örneğin, zebra balığı embriyosu akut toksisite testinin (FET)5 yetişkin balık akut toksisite testinde53 toksisiteyi oldukça iyi tahmin ettiği gösterilmiş olsa da, davranışsal okumalar54 dahil edilerek tahmin doğruluğu iyileştirilmiştir. Bunun nedeni, muhtemelen yavru veya yetişkin balıklarda artan toksisiteye neden olan solunum yetmezliği sendromunun olmaması nedeniyle, balık embriyolarında görülen nöroaktif bileşiklerin neden olduğu zayıf ölüm oranıdır. Bununla birlikte, nöroaktivite, davranışın değerlendirilmesi ile tanımlanabilir. Ayrıca, davranışsal okumalar, miyotoksik ve ototoksik etkilerin yanı sıra, fizyoloji üzerinde, öldürücü olmayan ancak organizmanın davranışsal performansını etkileyen diğer, daha ince toksik etkileri de yakalayabilir.
Testi gerçekleştirirken, homojen olarak gelişen bir zebra balığı embriyosu partisinin kullanılmasının yanı sıra bileşiklerin uygun şekilde işlenmesini sağlamak çok önemlidir. Bu nedenle, bileşik depolama için cam şişelerin kullanılması, plastik malzemeye absorbans nedeniyle kimyasalların, özellikle hidrofobik bileşiklerin konsantrasyonlarındaki düşüşü en aza indirmelidir. "Plastik" polistirene yüksek emme potansiyeline sahip bileşikler söz konusu olduğunda, inkübasyon için cam plakalar da kullanılabilir. Ölü embriyoların toplanması ve uzaklaştırılması için kullanılan doku kültürü kaplarındaki yumurtaların temizlenmesi standart gelişimin sağlanması için kritik bir adımdır. Gelişimsel gecikmeler, değerlendirilen davranışın altında yatan sinir ağlarının olgunluğunu etkileyebileceğinden, normal gelişim hızı önemlidir14,33. Ayrıca, bileşik etkilerin karşılaştırılmasını sağlamak için, farklı suşların farklı davranış profilleri sunduğu bildirildiğinden, yumurtalar aynı suştan türetilmelidir 38,55,56,57. Maruz kalma sırasında, test edilen konsantrasyonları değiştirecek olan E3 ortamının aşırı buharlaşmasını önlemek için embriyoların nemlendirilmiş bir odada inkübe edilmesi önemlidir.
Test serisinde kullanılan belirli embriyo grubunun temel yanıt seviyesini belirlemek için her çalışmaya E3 kontrolleri dahil edilmelidir. Tipik olarak, her 5 ölçüm seti boyunca bir kontrol plakası çalıştırırız. Şekil 2D'de gösterildiği gibi, bu yaklaşım aynı zamanda gecikmiş gelişim veya genetik arka plan etkileri gibi diğer nedenlerden dolayı optimal olmayan yanıtlara sahip partilerin tespit edilmesine de izin verir. Uyarana beklenmedik bir yanıt eksikliği durumunda, olası dönüştürücü arızasına da dikkat edin. Tipik olarak, irkilme tepkileri, bir log-lojistik model kullanılarak eğri uydurmaya izin veren sigmoidal bir konsantrasyon-tepki davranışı gösterir. Bununla birlikte, bifazik yanıtları olan nadir durumlarda, Gauss veya Cedergreen modelleri gibi başka modellerin kullanılması gerekebilir. R paketleri drc ve bdm27,28 içinde mevcutturlar.
Titreşimsel uyarana yanıt eksikliği, genel sitotoksisite nedeniyle embriyoların ölümünü veya ciddi şekilde bozulmuş yaşam fonksiyonlarını gösterebilir, ancak aynı zamanda uyaran algısı, entegrasyon ve lokomotor çıktının nöral devrelerini hedef alan daha spesifik toksisiteyi de yansıtabilir. Diğer olası bileşik etkiler, nöromüsküler arayüze veya kas yapısı ve işlevine müdahaledir. Bu olasılıkları ayırt etmek için daha fazla tahlil gereklidir. Örneğin, kasların yapısal bütünlüğü bir çift kırılmalılık testi 58,59 ile değerlendirilebilir ve kas ve nöral fonksiyonun uygunluğunu değerlendirmek için transgenik çizgilermevcuttur 60,61. Bununla birlikte, kaydedilen video verileri, ilk ek bilgiyi sağlayabilecek embriyoların morfolojisinin ve davranışsal tepkisinin daha ayrıntılı bir analizine zaten izin vermektedir. Sadece C-bendi mi yoksa tüm motilite mi bozuldu? Zayıf veya titreyen kuyruk hareketleriyle gösterildiği gibi hala nöromüsküler aktivite kalıntıları var mı? Bu tür değişmiş davranışlar, ödem veya artmış vücut eğriliği gibi morfolojideki değişikliklerle birlikte mi gidiyor? Ek olarak, C-virajına kadar gecikme süresi veya kaçış tepkisi sırasında kat edilen mesafe gibi parametreler değerlendirilebilir (bkz.ample, Ref. 44).
Burada açıklanan tarama protokolü, öldürücü olmayan nörotoksik, ototoksik ve miyotoksik bileşikleri spesifik olarak tespit etme katma değeri ile hızlı ve sağlam bileşik toksisite değerlendirmelerine izin verir. Sağlanan analiz iş akışının uygulanması kolaydır ve sağlam bir okuma sağlar. Titreşim irkilme tahlilinde kullanılan uyaran protokollerinin modifikasyonları, darbe öncesi inhibisyon (PPI)39,44 ve alışkanlık32,33 gibi irkilme davranışının daha karmaşık yönleri üzerindeki bileşik etkileri ele almak için kullanılmıştır ve bu çalışmada kullanılan elektrodinamik dönüştürücü tabanlı uyaran kurulumuna uyarlanabilir.
İrkilme tepkisine dayalı tarama sistemlerinin ana uygulaması, hem insan toksisite değerlendirmesi hem de ilaç geliştirmeile ilgili olan kimyasal ekranlardaki bileşik etkilerin değerlendirilmesidir 1,4,62. Aynı zamanda, suda yaşayan bir organizmanın erken yaşam evrelerini test ederek, elde edilen sonuçlar ekotoksikolojik risk değerlendirmesi ile doğrudan ilgilidir63,64. Ek olarak, irkilme tepki sistemleri genetik taramalardadavranışsal fenotipleme için kullanılabilir 65,66,67,68,69. Kolayca uygulanabilir ve uyarlanabilir sistemimiz, bu çeşitli uygulama alanlarında kendi özel tarama projelerini yürütmek isteyen daha küçük laboratuvarlara uygun maliyetli bir kurulum sağlar.