Method Article
Xenopus laevis الشرغوف الحبل الشوكي هو طريقة إصابة ذات صلة لدراسة إصابة الحبل الشوكي وتجديده عن طريق إجراء قطع عرضي يقطع الحبل الشوكي تماما على المستوى الصدري.
إصابة الحبل الشوكي (SCI) هي إصابة دائمة ، والتي تؤثر على الجهاز العصبي المركزي (CNS) الحركية والأعصاب الحسية ، مما يؤدي إلى شلل تحت موقع الإصابة. حتى الآن ، لا يوجد علاج وظيفي للتعافي ل SCI ، وهناك نقص في الوضوح فيما يتعلق بالعديد من المجمعات والأحداث الديناميكية التي تحدث بعد SCI. يمكن للعديد من الكائنات الحية غير الثديية أن تتجدد بعد SCI الشديد ، مثل أسماك teleost ، والبرمائيات urodele ، والمراحل اليرقية من البرمائيات anuran ، بما في ذلك الضفادع الصغيرة Xenopus laevis . هذه هي الكائنات الحية النموذجية حسنة النية لدراسة وفهم الاستجابة ل SCI والآليات الكامنة وراء عمليات التجدد الناجحة. يمكن أن يؤدي هذا النوع من الأبحاث إلى تحديد الأهداف المحتملة للتدخل العلاجي SCI. توضح هذه المقالة كيفية إجراء عملية نقل الحبل الشوكي Xenopus laevis الشرغوف ، بما في ذلك التربية والجراحة والرعاية بعد الجراحة وتقييم الاختبار الوظيفي. يمكن تطبيق طريقة الإصابة هذه لتوضيح الخطوات المختلفة لتجديد الحبل الشوكي من خلال دراسة الآليات الخلوية والجزيئية والجينية ، وكذلك التطور النسيجي والوظيفي بعد SCI وأثناء تجديد الحبل الشوكي.
إصابة الحبل الشوكي (SCI) هي إصابة تؤثر على ما يقرب من 250,000-500,000 شخص في جميع أنحاء العالم كل عام1. بالإضافة إلى هذا الانتشار العالي ، يؤثر SCI على الأعصاب الحسية والحركية ، مما يولد شللا تحت موقع الإصابة وفصل بعض الأعضاء الداخلية عن التحكم في الجهاز العصبي المركزي. الحبل الشوكي ، وهو جزء من الجهاز العصبي المركزي ، لا يمكن أن يتجدد ، وبسبب تعقيد البلاء وعدم وجود فهم كامل لجميع العمليات المعنية ، لا توجد حتى الآن علاجات فعالة تسمح بالشفاء الوظيفي.
الكائنات الحية غير الثديية ، مثل أسماك teleost ، والبرمائيات urodele ، والمراحل اليرقية من البرمائيات anuran ، والتي يمكن أن تجدد الحبل الشوكي بعد SCI2,3,4 الشديد ، هي كائنات حية نموذجية ممتازة لدراسة العمليات التي تحكم حدثا تجديديا ناجحا وفهم فشل تجديد الثدييات. هذا الفهم ذو أهمية كبيرة لأنه يمكن أن يوفر رؤى أصلية لتطوير أهداف علاجية جديدة وعلاجات محتملة ل SCI.
الضفدع الأنوراني ، Xenopus laevis ، هو كائن حي نموذجي ممتاز لدراسة SCI. لديها قدرات تجديدية ممتازة خلال مراحل الشرغوف ، والتي يتم فقدانها تدريجيا أثناء التحول ، مما يسمح بالتجريب في المراحل التجديدية وغير التجديدية 3,5. تتكون طريقة الإصابة المعمول بها لدراسة SCI في الضفادع الصغيرة Xenopus laevis من بتر الذيل ، حيث تتم إزالة الذيل بالكامل ، بما في ذلك الأنسجة مثل العضلات و notochord والحبل الشوكي 6. كان لهذا النهج دور فعال في فهم الآليات العامة لعمليات التجديد4،7،8،9،10.
نظرا لأن بتر الذيل ينطوي على أنسجة متعددة بالإضافة إلى الحبل الشوكي ، وهو أمر مختلف عما يحدث بعد SCI البشري ، فهناك حاجة إلى نموذج إصابة أكثر صلة لدراسة SCI. لقد اعتمدنا على الدراسات المستخدمة في الماضي11 لتوليد أوصاف شاملة لنماذج الإصابة5،12،13،14 وطرق مختلفة لدراسة SCI12،13،14،15،16،17،18 . بعد نقل الحبل الشوكي ، يمكن عزل الجزء الذيلي من الحبل الشوكي للتعبير عن الحمض النووي الريبي والبروتين والتحليلات عالية الإنتاجية14،19،20،21. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح الحقن داخل اللطخة للأدوية والجزيئات الصغيرة ، وكذلك كهربية الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي الريبي أو المورفولينوس ، قبل أو بعد نقل الحبل الشوكي ، بدراسة آثار هذه الجزيئات في الوقاية أو العلاج من SCI أو الأحداث المحددة التي تحدث بعد SCI وتجديد الحبل الشوكي13,14 . علاوة على ذلك ، يمكن دراسة تطور الإصابة والعمليات التجديدية في أوقات مختلفة بعد الإصابة باستخدام الأساليب الكيميائية الحيوية والجزيئية والنسيجية والوظيفية12،13،14،17،19،20،21،22،23.
أخيرا ، يمكن استخدام جميع التقنيات المذكورة أعلاه في المراحل غير التجديدية ، مما يسلط الضوء على واحدة من أهم مزايا استخدام Xenopus laevis ككائن حي نموذجي لدراسة SCI ، والدراسات المقارنة للآليات التجديدية وغير التجديدية في نفس النوع13،19،20،21،22. تقدم هذه الورقة بروتوكولا لانتقال الحبل الشوكي Xenopus laevis الشرغوف ، بدءا من التدريج واختيار الضفادع الصغيرة الجديدة Nieuwkoop و Faber (NF) المرحلة 50. ويلي ذلك وصف إجراءات جراحة الحبل الشوكي لإنتاج صورية وعابرة ، والرعاية بعد الجراحة ، وأخيرا تحليل الانتعاش الوظيفي عن طريق قياس مسافة السباحة الحرة للشرغوف الصغير.
يوفر هذا البروتوكول معلومات كافية لإجراء عملية نقل الحبل الشوكي بنجاح. تجدر الإشارة إلى أن هناك بروتوكولات مفصلة ممتازة لهذه التقنيات منشورة في مكان آخر14 ، والتي يمكن أن تكمل البروتوكولات المعروضة هنا. تمت الموافقة على جميع الإجراءات المتعلقة بالحيوانات من قبل لجنة أخلاقيات البيولوجيا والسلامة الأحيائية من كلية العلوم البيولوجية ، الجامعة البابوية الكاثوليكية في شيلي.
1. التزاوج الطبيعي للضفادع
2. التربية
3. التدريج
4. الجراحة: نقل الحبل الشوكي والحيوانات التي تعمل بشكل صوري
5. رعاية ما بعد الجراحة
6. فحص السباحة
7. اعتبارات أخلاقيات البيولوجيا
ملاحظة: معدل نفوق الحيوانات بعد الجراحة الصورية والتحويل هو 13٪ و 30٪ على التوالي. بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري وجود ما لا يقل عن 15-20 حيوانا لكل مجموعة للتحليل الإحصائي. لذلك ، ابدأ ب 23 حيوانا صوريا و 26 حيوانا عابرا.
يسمح البروتوكول الموصوف هنا بدراسة تجديد الحبل الشوكي في Xenopus laevis. يمكن تقييم آثار العلاجات الدوائية المحددة ومساهمة التعبير الجيني المحدد في تجديد الحبل الشوكي من خلال قياس آثارها على التعافي من السباحة. يتم رسم مسافة السباحة الإجمالية مقابل الأيام التالية للإصابة لمقارنة الحيوانات الضابطة والمعالجة في نقطة زمنية محددة أو خلال فترة محددة. يتمثل الشكل 3 في استعادة الوظيفة الحركية عبر الزمن ، حيث يوضح مسافة السباحة عند 5 و 10 و 15 و 20 يوما بعد الانتقال. في 5 أيام بعد الانتقال ، سبحت الحيوانات بمعدل 0.7 متر في 5 دقائق ، مما يدل على انخفاض قدرة السباحة. وزادت هذه القدرة مع مرور الأيام، حيث لوحظ متوسط 2.1 و 3.1 م/5 دقائق بعد 10 و 15 يوما بعد الانتقال، على التوالي، ولوحظ الاسترداد الكامل لقدرات السباحة في 20 يوما بعد الانتقال، بمتوسط 5.7 م/5 دقائق.
الشكل 1: تدريج الشرغوف زينوبوس. صور تمثيلية للمراحل 49-51 ، تظهر الأطراف الأمامية والخلفية للإشارة إلى التدريج الحيواني. قضبان المقياس = 2 مم. تظهر تكبيرات المنطقة المربعة في أسفل يسار كل صورة. قضبان المقياس = 1 مم. في المرحلة 49 ، لا يتم ملاحظة الأطراف الأمامية ، في حين أن الأطراف الخلفية تظهر فقط ، وتظهر شكلا كرويا. تقدم المرحلة 50 أطرافا أمامية تظهر للتو ، وتظهر شكلا كرويا وأطرافا خلفية بارزة بشكل كروي. في المرحلة 51 ، تقدم الأطراف الأمامية شكلا كرويا بارزا والأطراف الخلفية شكلا ممدودا بارزا. تظهر الخطوط العريضة المتقطعة أطرافا أمامية وخلفية. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: نقل الحبل الشوكي . (أ) صورة تمثيلية توضح الموضع الصحيح للحيوان ، الجانب الظهري لأعلى ، لإجراء الجراحة. شريط المقياس = 2 مم. (B) يظهر تكبير A موقع الإصابة ومداها. يظهر الصليب الأحمر الموقع الدقيق لموقع الإصابة على المستوى الصدري للحبل الشوكي ، ويظهر الخط المتقطع مدى الإصابة. شريط المقياس = 1 مم (C) صورة تمثيلية تظهر منظرا جانبيا للمستوى الصدري للحبل الشوكي. يتم عرض امتداد شق وهمي ونقل. الخطوط المتقطعة تحدد حدود الحبل الشوكي. شريط المقياس = 1 مم (D) صورة تمثيلية تظهر حيوانا صوريا بحبل شوكي سليم. أشرطة المقياس = 1 مم (E) صورة تمثيلية تظهر حيوانا عابرا مع حبل شوكي متقطع. قضبان المقياس = 1 مم. تظهر تكبيرات المنطقة المربعة في أسفل يسار كل صورة (D' و E'). قضبان المقياس = 1 مم. الاختصارات: S = شق صوري. T = الانتقال. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: استعادة وظيفة السباحة بمرور الوقت. مخطط نقطة تمثيلية لمسافة السباحة التي تغطيها الحيوانات العابرة في 5 دقائق في 5 و 10 و 15 و 20 يوما بعد الانتقال. تظهر عينات من مسارات السباحة في الأعلى. البيانات المقدمة كمتوسط ± SEM من 10 ضفادع صغيرة. الاختصارات: dpT = أيام ما بعد التحويل ؛ SEM = الخطأ المعياري للمتوسط. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
البروتوكول الموضح هنا هو طريقة ممتازة لأداء SCI وتقييم الاسترداد الوظيفي. من أجل التكاثر ، من الضروري زراعة الضفادع الصغيرة الصحية واختيار الحيوانات المتشابهة في الحجم. ويؤدي الافتقار إلى التغذية السليمة إلى إجهاد المغذيات، مما يؤدي إلى ضعف القدرات التجديدية(26)؛ لذلك ، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لتغذية الشرغوف الشرغوف. عندما تصل الضفادع الصغيرة إلى المرحلة 50 بعد 3-4 أسابيع ، يمكن تربيتها في درجات حرارة أعلى لتسريع عملية النمو ، 18-25 درجة مئوية هي الأمثل27. جودة المياه مهمة ، لأن الحيوانات حساسة لظروف المياه والمنتجات الكيميائية. وتشمل الظروف المثلى للمياه استخدام المياه المصفاة بالكربون والخالية من الكلور مع المعلمات التالية: الرقم الهيدروجيني (6.5-7.5)، والكلوريد (<0.02 ملغم/لتر)، وموصلية المياه (1.0 مللي ثانية/سم ± 0.1 وحدة)، والنحاس (<0.3 ملغم/لتر)؛ ودرجة الحموضة (0.02 ملغم/لتر)، ودرجة حرارة الماء (1.0 مللي ثانية/سم 0.1 وحدة)؛ ودرجة الحموضة (0.0 ملغم/لتر)؛ ودرجة حرارة الماء (0.0 ملليمتر/لتر ودرجة حرارتها)؛ ودرجة حرارة الماء (0.0 مللي ثانية/لتر ودرجة حرارتها)؛ ودرجة حرارة الماء (0.0 مللي ثانية/لتر ودرجة حرارتها)؛ ودرجة حرارة الماء (0.0 مللي سم/لتر صلابة الكربونات (KH: 5-10 dKH) ؛ صلابة عامة (GH: 6-16 dGH) ؛ النترات (NO3: <20 ملغ / لتر) ؛ والنتريت (NO2: <0.1 ملغ / لتر) 14،27،28. بالإضافة إلى ذلك ، لتجنب التلوث ، يجب تنظيف الخزانات البلاستيكية مرة واحدة في الأسبوع لتربية الحيوانات أو كل يومين بعد الجراحة عن طريق غسلها جيدا بالماء الخالي من الكلوريد والإسفنج ؛ يجب تجنب المنظفات.
للحصول على معدل بقاء أفضل بعد الجراحة ، يجب ألا تتعرض الضفادع الصغيرة للتخدير لفترات طويلة (لا تزيد عن 2 دقيقة). علاوة على ذلك ، يوصى بتخدير شرغوف واحد في كل مرة. نظرا لأن الحيوانات تحتاج إلى البقاء رطبة ، حافظ على الحيوانات مغمورة في المحلول طوال الوقت قبل الجراحة وبعدها ، وصب المحلول بملعقة فوق الشرغوف قبل بدء الجراحة. تأكد من أن الضرر واسع النطاق بما يكفي لتغطية الحبل الشوكي بأكمله ولكنه ليس واسعا جدا لأنه يمكن أن يؤدي إلى ضعف الانتعاش الوظيفي أو الوفاة. في حالة تلف notochord ، سيتم ثني الحيوان ، وسيتأثر الانتعاش الوظيفي. إذا امتد الضرر إلى ما هو أبعد من notochord ، فإن احتمال الوفاة يزداد14. أثناء فحص السباحة ، يعتبر التسجيل صحيحا إذا حدد البرنامج كل بظل أزرق ؛ خلاف ذلك ، يجب تكرار التسجيل. من المهم تجنب الحركة وتغيرات الهواء أو الضوء أثناء عملية التسجيل لمنع أخطاء التسجيل.
لا يزال هناك العديد من الأسئلة المفتوحة حول الآليات الخلوية والجزيئية الكامنة وراء تلف الحبل الشوكي وتجديده. يمكن استخدام البروتوكول الموصوف في هذا العمل لدراسة مساهمة الأحداث الخلوية المختلفة والتعبير الجيني والعلاجات في التعافي الوظيفي ، والتي يتم تحديدها من خلال قياس قدرات السباحة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تطبيق العديد من التقنيات الأخرى على الحيوانات التي يتم تشغيلها. يمكن عزل الحبل الشوكي لإجراء استخراج البروتين و/أو الحمض النووي الريبوزي المرسال14 لدراسة ملامح البروتين والتعبير الجيني بعد التلف والعلاج19,20. كانت هذه الجراحة أيضا أساسا لدراسة الاستجابة الخلوية للحبل الشوكي22 وسلوك الخلايا السلفية الجذعية العصبية12،13،22 بعد إصابة الحبل الشوكي. كما تمت دراسة سلاسل الإشارات المشاركة في تجديد الحبل الشوكي باستخدام نموذج تلف الحبل الشوكي الموصوف هنا23. باختصار ، يعد البروتوكول الموصوف هنا نموذجا ممتازا لدراسة إصابة الحبل الشوكي وتجديده وقد تم استخدامه في العديد من الدراسات التي ساهمت في المعرفة الحالية حول هذا الموضوع.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان.
تم تمويل هذا العمل من خلال منح بحثية من: PG Slater: FONDECYT N° 3190820; J. Larraín: FONDECYT N° 1180429، CARE Chile UC-Centro de Envejecimiento y Regeneración (PFB 12/2007).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Air pump | Regent CALM | RC-006 | For oxygen diffuser stones function |
ANY-maze software | Stoelting | Swimming behavior test | |
Ca(NO3)2·4H2O | Sigma-Aldrich | 237124 | |
CaCl2·2H2O | Sigma-Aldrich | 223506 | |
Camera | Stoelting | 60528 | Swimming behavior test |
Computer | Swimming behavior test (minimum recommended specifications: PC, Windows 7, Intel Core i3, 2 GB RAM, 10-GB drive disk, 1 available USB port, 1,366 × 768 monitor) | ||
Cysteine | Sigma-Aldrich | C7352 | |
Dissecting stereomicroscope | Nikon | SMZ745T | Surgery / staging |
Glass Petri dishes | 100 x 20 mm | ||
HEPES | Gibco | 11344-041 | |
Human chorionic gonadotropin | It can be found in different formats in the pharmacy | ||
KCl | Merck Millipore | 104936 | |
LED light box | custom made | wood box: 55-cm length, 34-cm width, 9-cm height, LED lights, transparent polystyrene sheet) | |
MgSO4·7H2O | Merck Millipore | 105886 | |
Microdissection scissors for transection | Fine Science Tools | 15003-08 | Spring Scissors for surgery |
MS-222 | Sigma-Aldrich | E10521 | Anesthetic; tricaine mesylate |
NaCl | Merck Millipore | 106404 | |
NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S6014 | |
Nasco Frog Brittle for Tadpole Xenopus | Nasco | SB09480(LM)MX | Food for Xenopus tadpoles stage 44 to 60 |
Oxygen diffuser stones | Pentair | AA1 | Mantainance of animals |
Pair of forceps | Fine Science Tools | Dumont n° 5 SF forceps | For surgery |
Penicillin | Sigma-Aldrich | P7794 | |
pH meter | |||
Plastic Pasteur pipette | Sigma-Aldrich | Z331740 | For collecting embryos after mating |
Plastic Petri dishes | Sigma-Aldrich | P5981 | 150 x 15 mm |
Plastic tank/box with lid | 4.5 liter capacity; 20 cm × 17 cm × 15 cm or similar | ||
Sterilized gauze | |||
Streptomycin | Sigma-Aldrich | S1277 | |
Tablespoon | |||
Xenopus laevis specialized strains and lines | National Xenopus Resource European Xenopus Resource Centre Xenopus laevis Research Resource Centre | http://www.mbl.edu/xenopus https://xenopusresource.org/ https://www.urmc.rochester.edu/microbiology-immunology/xenopus-laevis.aspx | |
Xenopus laevis wild type | Xenopus 1 Xenopus Express | https://xenopus1.com http://www.xenopus.com |
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