A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
يصف هذا البروتوكول طريقة للحث على إصابات خاصة بالأنسجة وقابلة للتكرار بدرجة كبيرة في يرقات أسماك الزرد باستخدام نظام آفة ليزر مقترن بمنصة ميكروفلويديك آلية للتعامل مع اليرقات.
تمتلك يرقات الزرد جهازا عصبيا مركزيا يعمل بكامل طاقته (CNS) مع قدرة تجديدية عالية بعد أيام قليلة فقط من الإخصاب. هذا يجعل هذا النموذج الحيواني مفيدا جدا لدراسة إصابة الحبل الشوكي وتجديده. البروتوكول القياسي لتحفيز مثل هذه الآفات هو عبور الجزء الظهري من الجذع يدويا. ومع ذلك ، تتطلب هذه التقنية تدريبا مكثفا وتلحق الضرر بأنسجة إضافية. تم تطوير بروتوكول للآفات الناجمة عن الليزر للتحايل على هذه القيود ، مما يسمح بقابلية عالية للتكاثر واكتمال انتقال الحبل الشوكي على العديد من الحيوانات وبين الجلسات المختلفة ، حتى بالنسبة لمشغل غير مدرب. علاوة على ذلك ، يقتصر تلف الأنسجة بشكل أساسي على الحبل الشوكي نفسه ، مما يقلل من الآثار المربكة الناجمة عن إصابة الأنسجة المختلفة ، على سبيل المثال ، الجلد والعضلات والجهاز العصبي المركزي. علاوة على ذلك ، من الممكن حدوث آفات نصف في الحبل الشوكي. إن تحسين الحفاظ على سلامة الأنسجة بعد إصابة الليزر يسهل إجراء المزيد من التشريحات اللازمة لإجراء تحليلات إضافية، مثل الفيزيولوجيا الكهربية. وبالتالي ، توفر هذه الطريقة تحكما دقيقا في مدى الإصابة الذي لا يمكن تحقيقه يدويا. وهذا يسمح بنماذج تجريبية جديدة في هذا النموذج القوي في المستقبل.
على النقيض من الثدييات، يمكن لسمك الزرد (دانيو ريريو) إصلاح الجهاز العصبي المركزي (CNS) بعد الإصابة1. استخدام يرقات الزرد كنموذج لتجديد الحبل الشوكي حديث نسبيا. وقد ثبت أنه من المفيد التحقيق في الآليات الخلوية والجزيئية الكامنة وراء الإصلاح2. ويرجع ذلك إلى سهولة التلاعب ، والدورة التجريبية القصيرة (يرقات جديدة كل أسبوع) ، والشفافية البصرية للأنسجة ، وصغر حجم اليرقات ، وهي مناسبة بشكل مثالي للفحص المجهري الفلوري في الجسم الحي .
في حالة تجديد الحبل الشوكي ، هناك ميزتان إضافيتان لاستخدام اليرقات هما سرعة الشفاء ، بضعة أيام مقارنة ببضعة أسابيع للبالغين ، وسهولة إحداث إصابات باستخدام التقنيات اليدوية. وقد استخدم هذا بنجاح في العديد من الدراسات3،4،5، بما في ذلك التحقيقات الأخيرة6،7. بشكل عام ، يؤدي هذا إلى زيادة إنتاج البيانات ذات المغزى ، والقدرة العالية على التكيف مع البروتوكولات التجريبية ، وانخفاض التكاليف التجريبية. كما أن استخدام اليرقات التي يقل عمرها عن 5 أيام بعد الإخصاب يقلل أيضا من استخدام الحيوانات التي تتبع مبادئ 3R في البحوث على الحيوانات8.
بعد إصابة الحبل الشوكي في يرقات الزرد ، تحدث العديد من العمليات البيولوجية ، بما في ذلك الاستجابة الالتهابية ، وانتشار الخلايا ، وتكوين الخلايا العصبية ، وهجرة الخلايا الباقية أو المتولدة حديثا ، وإصلاح المحاور الوظيفية ، وإعادة تشكيل عالمي لدوائر العمليات العصبية وأنسجة العمود الفقري6،7،9،10 . ولكي يتم تنسيق هذه العمليات بنجاح، فإنها تنطوي على تفاعل منظم بدقة بين مجموعة من أنواع الخلايا، ومكونات المصفوفة خارج الخلية، والإشارات الكيميائية الحيوية11،12. إن الكشف عن تفاصيل إعادة التنظيم الكبيرة هذه لنسيج معقد مثل الحبل الشوكي يتطلب استخدام وتطوير مناهج تجريبية دقيقة وخاضعة للرقابة.
النموذج التجريبي الأساسي المستخدم لدراسة تجديد الحبل الشوكي في أسماك الزرد هو استخدام الوسائل الجراحية للحث على تلف الأنسجة عن طريق الاستئصال أو الطعن أو الإصابة بالتبريد3,13. ومن عيوب هذه النهج أنها تتطلب تدريبا محددا على مهارات الجراحة المجهرية، وهو أمر يستغرق وقتا طويلا لأي مشغل جديد وقد يمنع استخدامها في مشاريع قصيرة الأجل. علاوة على ذلك ، فإنها عادة ما تحفز تلف الأنسجة المحيطة ، مما قد يؤثر على التجديد.
وهناك نهج آخر يتمثل في الحث على تلف الخلايا كيميائيا14 أو عن طريق التلاعب الجيني15. هذا الأخير يسمح بأضرار مستهدفة للغاية. ومع ذلك ، تتطلب هذه التقنية عملا تحضيريا طويلا لتوليد أسماك معدلة وراثيا جديدة قبل إجراء أي تجربة ، يتم تجديدها في كل مرة يتم فيها استهداف نوع خلية فريد.
وبالتالي ، هناك حاجة إلى طريقة تسمح بالآفات المستهدفة ولكن متعددة الاستخدامات المناسبة لمجموعة متنوعة من الدراسات في التجديد. الحل هو استخدام الليزر للحث على تلف موضعي في الأنسجة ذات الاهتمام16،17،18،19،20. في الواقع ، يمثل استخدام تلف الأنسجة الناجم عن الليزر نهجا قويا لتوليد آفات الحبل الشوكي مع العديد من المزايا. تسمح المجاهر المجهزة بوحدات معالجة الليزر هذه بتحديد منطقة مخصصة الشكل حيث سيحدث استئصال الخلايا ، مع فائدة إضافية تتمثل في التحكم الزمني. وبالتالي يمكن تكييف حجم وموضع الآفة لمعالجة أي أسئلة.
السمة المفقودة لمعظم أنظمة آفات الليزر هي إمكانية إحداث إصابات بطريقة قابلة للتكرار بشكل كبير لسلسلة من اليرقات. هنا يتم وصف بروتوكول أصلي باستخدام ليزر الأشعة فوق البنفسجية للحث على آفات دقيقة ومضبوطة شبه آلية في يرقات أسماك الزرد استنادا إلى منصة ميكروفلويديك مصممة للتعامل الآلي مع اليرقات21. علاوة على ذلك ، في النظام المعروض هنا ، يتم إدخال اليرقات في الشعيرات الدموية الزجاجية ، مما يسمح بالدوران الحر للحيوان حول محوره الوردي. يمكن للمستخدم اختيار أي جانب من اليرقة لتقديمه إلى الليزر مع السماح للتصوير الفلوري باستهداف شعاع الليزر بدقة وتقييم الضرر بعد الآفة.
يستخدم البروتوكول الموصوف هنا مع نظام تصوير يرقات الزرد شبه الآلي جنبا إلى جنب مع قرص دوار مجهز بليزر الأشعة فوق البنفسجية (المسمى فيما يلي باسم نظام VAST ). ومع ذلك ، فإن النقاط الرئيسية للبروتوكول ومعظم ادعاءات هذه التقنية صالحة لأي نظام مجهز بالليزر قادر على استئصال الخلايا ، بما في ذلك المجاهر الضوئية بالليزر ثنائي الفوتون ، أو المجاهر ذات القرص الدوار المزودة بليزر الأشعة فوق البنفسجية (وحدة FRAP) ، أو مجاهر الفيديو مع وحدة ليزر لمعالجة الصور. سيكون أحد الاختلافات الرئيسية بين نظام VAST ومعالجة العينات التقليدية هو أنه بالنسبة لهذا الأخير ، ستكون هناك حاجة إلى تركيب يرقات في أغاروز منخفض درجة الانصهار على أغطية زجاجية / أطباق بتري ذات قاع زجاجي بدلا من تحميلها في طبق من 96 بئرا.
الفوائد التي توفرها هذه الطريقة تفتح فرصا للبحث المبتكر حول الآليات الخلوية والجزيئية أثناء عملية التجديد. علاوة على ذلك ، تسمح جودة البيانات العالية بإجراء تحقيقات كمية في سياق متعدد التخصصات.
تم إجراء جميع الدراسات على الحيوانات بموافقة من وزارة الداخلية البريطانية ووفقا لوائحها ، بموجب ترخيص المشروع PP8160052. تمت الموافقة على المشروع من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية بجامعة إدنبرة. ولأغراض التحليل التجريبي، استخدمت يرقات أسماك الزرد التي يصل عمرها إلى 5 أيام من أي من الجنسين من الخطوط المعدلة وراثيا المتاحة التالية: Tg(Xla.Tubb:DsRed;mpeg1:GFP)، Tg(Xla.Tubb:DsRed)، Tg(betaactin:utrophin-mCherry)، Tg(Xla.Tubb:GCaMP6s)، وTg(mnx1:gfp) (انظر الملف التكميلي 1 فيما يتعلق بتوليد خطوط الزرد المعدلة وراثيا). ويبين الشكل 1 مخططا للبروتوكول باستخدام المنصة الآلية لمناولة يرقات أسماك الزرد. تتوفر جميع البرامج المخصصة والبرامج النصية والبروتوكولات التجريبية التفصيلية المستخدمة في هذا العمل على https://github.com/jasonjearly/micropointpy/.
1. إعداد العينات
2. إعداد المجهر
3. أداء آفات الليزر على نظام VAST
4. التعامل مع ما بعد الآفة والتجارب الإضافية
5. استكشاف الأخطاء وإصلاحها
التحقق من صحة نقل الحبل الشوكي
تم إجراء فحوصات هيكلية ووظيفية لتقييم ما إذا كان البروتوكول يسمح بنقل الحبل الشوكي بالكامل.
أولا ، للتحقق من أن الخسارة في التألق في موقع الآفة كانت بسبب تلف الأنسجة العصبية وليس التبييض الضوئي الفلوري من إضاءة الليزر ، تم إجراء تلط...
هناك حاجة ملحة لفهم أعمق للعمليات التي تلعب دورا أثناء التجديد في أسماك الزرد. يقدم هذا النموذج الحيواني العديد من الفوائد للبحوث الطبية الحيوية، وخاصة لإصابات الحبل الشوكي1. تتضمن معظم الدراسات آفات يدوية تتطلب مشغلا مدربا تدريبا جيدا وتحفز على تلف الأنسجة المتعددة. يتم تقد...
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
تم دعم هذه الدراسة من قبل BBSRC (BB / S0001778/1). يتم تمويل CR من قبل برنامج الأميرة رويال تينوفوس اسكتلندا للمنح الدراسية للبحوث الطبية. نشكر ديفيد غرينالد (CRH ، جامعة إدنبرة) وكاتي ريد (CDBS ، جامعة إدنبرة) على الهدية اللطيفة للأسماك المعدلة وراثيا (انظر الملف التكميلي). نشكر دانيال سونغ (CRH ، جامعة إدنبرة) على الوصول الكريم إلى قرص الغزل 3i confocal.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Software | |||
Microscope software Zen Blue 2.0 | Carl Zeiss | ||
ImageJ/FIJI | Open-Source | ||
Visual Studio Code | Microsoft | ||
Microscope and accessories | |||
ApoTome microscope | Carl Zeiss | ||
C-Plan-Apochromat 10X (0.5NA) dipping lens | Carl Zeiss | ||
dual AxioCam 506 m CCD cameras | Carl Zeiss | ||
Laser scanning confocal microscope LSM880 | Carl Zeiss | ||
Spinning-disk module CSU-X1 | Yokogawa | ||
Upright microscopeAxio Examiner D1 | Carl Zeiss | ||
UV laser | Micropoint | ||
VAST BioImager | Union Biometrica | ||
Labware | |||
90 mm Petri dish | Thermo-Fisher | 101R20 | |
96-well plate | Corning | 3841 | |
Chemicals | |||
Click-It EdU Imaging Kit | Invitrogen | C10637 | |
aminobenzoic-acid-ethyl methyl-ester (MS222) | Sigma-Aldrich | A5040 | |
phenylthiourea (PTU) | Sigma-Aldrich | P7629 | |
Antibodies | |||
Donkey anti-chicken Alexa Fluor 488 | Jackson | 703-545-155 | |
Donkey anti-mouse Cy3 | Jackson | 715-165-150 | |
Mouse anti-GFP | Abcam | AB13970 | |
Mouse anti-tubulin acetylated antibody | Sigma | T6793 | |
Transgenic zebrafish lines | |||
Tg(beta-actin:utrophin-mCherry) | N/A | Established by David Greenhald, University of Edinburgh | |
Tg(mnx1:gfp) | N/A | First described in [Flanagan-Steet et al. 2005] | |
Tg(Xla.Tubb:DsRed) | N/A | First described in [Peri and Nusslein-Volhard 2008] | |
Tg(Xla.Tubb:DsRed;mpeg1:GFP) | N/A | Established by Katy Reid, University of Edinburgh | |
Tg(Xla.Tubb:GCaMP6s) | N/A | Established by David Greenhald, University of Edinburgh |
An erratum was issued for: Controlled Semi-Automated Lased-Induced Injuries for Studying Spinal Cord Regeneration in Zebrafish Larvae. The title was updated.
The title was updated from:
Controlled Semi-Automated Lased-Induced Injuries for Studying Spinal Cord Regeneration in Zebrafish Larvae
to:
Controlled Semi-Automated Laser-Induced Injuries for Studying Spinal Cord Regeneration in Zebrafish Larvae
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved