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Method Article
本方案描述了一种使用激光损伤系统结合用于幼体处理的自动微流体平台在斑马鱼幼体中诱导组织特异性和高度可重复损伤的方法。
斑马鱼幼虫在受精后仅几天就具有功能齐全的中枢神经系统(CNS),具有很高的再生能力。这使得这个动物模型对于研究脊髓损伤和再生非常有用。诱导此类病变的标准方案是手动横切躯干的背侧部分。然而,这种技术需要广泛的训练并损害额外的组织。为激光诱导的病变开发了一种方案,以规避这些限制,允许许多动物和不同会话之间的脊髓切除具有高可重复性和完整性,即使对于未经培训的操作员也是如此。此外,组织损伤主要局限于脊髓本身,减少了损伤不同组织(例如皮肤,肌肉和中枢神经系统)的混杂效应。此外,脊髓的半病变是可能的。改善激光损伤后组织完整性的保留有助于进一步解剖其他分析所需的进一步解剖,例如电生理学。因此,这种方法可以精确控制手动无法实现的伤害程度。这允许将来在这个强大的模型中出现新的实验范式。
与哺乳动物相比,斑马鱼(Danio rerio)可以在受伤后修复中枢神经系统(CNS)1。使用斑马鱼幼虫作为脊髓再生的模型是相对较新的。事实证明,研究修复背后的细胞和分子机制很有价值2。这是由于易于操作,实验周期短(每周有新的幼虫),组织的光学透明度和幼虫的小尺寸,非常适合 体内 荧光显微镜检查。
在脊髓再生的情况下,使用幼虫的另外两个优点是恢复速度,与成人几周相比,几天,以及使用手动技术诱导损伤的容易程度。这已成功用于许多研究3,4,5,包括最近的调查6,7。总体而言,这导致有意义的数据生产增加,实验方案的高适应性以及实验成本的降低。在受精后5天内使用幼虫也减少了动物研究中遵循3R原则的动物的使用8。
斑马鱼幼虫脊髓损伤后,会发生许多生物过程,包括炎症反应、细胞增殖、神经发生、存活或新生成细胞的迁移、功能轴突的重整以及神经过程回路和脊柱组织的全局重塑6,7,9,10.为了成功编排,这些过程涉及一系列细胞类型,细胞外基质成分和生化信号之间的精细调节相互作用11,12。解开脊髓等复杂组织这种重大重组的细节需要使用和开发精确和受控的实验方法。
用于研究斑马鱼脊髓再生的主要实验范例是使用手术手段通过切除,刺伤或冷冻损伤诱导组织损伤3,13。这些方法的缺点是需要对显微外科技能进行特定培训,这对于任何新操作员来说都是耗时的,并且可能会阻止它们在短期项目中使用。此外,它们通常会对周围组织造成损害,这可能会影响再生。
另一种方法是化学诱导细胞损伤14 或通过遗传操作15。后者允许高度针对性的伤害。然而,这种技术需要长时间的准备工作来产生新的转基因鱼,然后再进行任何实验,每次靶向独特的细胞类型时都要更新。
因此,需要一种方法,允许适合各种再生研究中的靶向但多功能的病变。解决方案是使用激光在感兴趣的组织中诱导局部损伤16,17,18,19,20。事实上,使用激光诱导的组织损伤为产生脊髓病变提供了一种具有许多优点的可靠方法。配备这种激光操作模块的显微镜允许指定将发生细胞消融的定制形状区域,并具有时间控制的额外好处。因此,可以调整病变的大小和位置以解决任何问题。
大多数激光病变系统缺少的特征是有可能以高度可重复的方式诱导一系列幼虫的损伤。本文描述了一种原始方案,使用紫外激光,基于专为自动幼虫处理而设计的微流体平台,在斑马鱼幼虫中诱导半自动精确和受控的病变21。此外,在这里介绍的系统中,幼虫入玻璃毛细管中,这允许动物围绕其尾部轴自由旋转。用户可以选择将幼虫的哪一侧呈现给激光,同时允许荧光成像精确地瞄准激光束并评估病变后的损伤。
这里描述的协议与半自动斑马鱼幼体成像系统结合使用,并结合配备UV激光的旋转盘(以下指定为VAST系统)。然而,该协议的要点和该技术的大多数权利要求对于任何配备能够进行细胞烧蚀的激光的系统都是有效的,包括双光子激光扫描显微镜,带有紫外激光的旋转盘显微镜(FRAP模块),或带有激光模块的视频显微镜用于光操作。VAST系统与传统样品处理之间的主要区别之一是,对于后者,需要将幼虫安装在玻璃盖玻片/玻璃底培养皿上的低熔点琼脂糖中,而不是将它们装载在96孔板中。
这种方法提供的好处为再生过程中细胞和分子机制的创新研究提供了机会。此外,高数据质量允许在多学科背景下进行定量调查。
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所有动物研究均在英国内政部的批准下进行,并根据其规定,根据项目许可证PP8160052进行。该项目得到了爱丁堡大学机构动物护理和使用委员会的批准。对于实验分析,使用以下可用的转基因品系,使用5日龄以下的斑马鱼幼虫:Tg(Xla.Tubb:DsRed;mpeg1:GFP),Tg(Xla.Tubb:DsRed),Tg(betaactin:utrophin-mCherry),Tg(Xla.Tubb:GCaMP6s)和Tg(mnx1:gfp)(参见关于转基因斑马鱼系生成的 补充文件1 )。使用自动斑马鱼幼虫处理平台的协议示意图如图 1所示。这项工作中使用的所有自定义软件,脚本和详细的实验协议都可以在 https://github.com/jasonjearly/micropointpy/ 上找到。
1. 样品制备
2. 显微镜制备
3. 在 VAST 系统上执行激光病变
4. 病灶后处理和附加实验
5. 故障排除
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脊髓横断的验证
进行结构和功能检查以评估方案是否允许完整的脊髓横断。
首先,为了验证病变部位的荧光损失是由于神经元组织损伤而不是激光照射的荧光光漂白引起的,使用针对乙酰化微管蛋白的抗体进行免疫染色(见 材料表 和 补充文件1)。观察到病变的尾侧和喙侧之间的轴突完全断裂,证实了脊髓的完全横断(
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迫切需要更深入地了解斑马鱼在再生过程中起作用的过程。这种动物模型为生物医学研究提供了许多好处,特别是对于脊髓损伤1。大多数研究涉及手动病变,需要训练有素的操作员并诱发多组织损伤。这里提出了激光病变方案,允许控制病变特征并减少对周围组织的损害。此外,这种技术很容易被相对未经训练的实验者成功使用。
该协议中的关键步骤是激?...
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作者没有什么可透露的。
这项研究得到了BBSRC(BB/S0001778/1)的支持。CR由Princess Royal TENOVUS苏格兰医学研究奖学金计划资助。我们感谢David Greenald(爱丁堡大学CRH)和Katy Reid(爱丁堡大学CDBS)对转基因鱼的善意礼物(见 补充文件)。我们感谢Daniel Soong(爱丁堡大学CRH)对3i旋转盘共聚焦的友好访问。
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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 |
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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
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