使用 Lifespan 机器进行高通量行为老化和寿命检测

摘要

成像平台“The Lifespan Machine”可自动对大量人群进行终生观察。我们展示了进行寿命、抗逆性、发病机制和行为衰老测定所需的步骤。数据的质量和范围使研究人员能够研究衰老干预措施，尽管存在生物和环境差异。

摘要

在恒定环境中饲养的基因相同的动物显示出广泛的寿命分布，反映了所有研究的生物体中保守的衰老的巨大非遗传，随机方面。这种随机成分意味着，为了了解衰老并确定延长寿命或改善健康的成功干预措施，研究人员必须同时监测大量实验动物。传统的手动死亡评分限制了大规模假设检验所需的通量和规模，从而开发了用于高通量寿命测定的自动化方法。Lifespan Machine （LSM） 是一个高通量成像平台，它将改进的平板扫描仪与定制的图像处理和数据验证软件相结合，用于线虫的终身跟踪。该平台以前所未有的规模，以与经验丰富的研究人员进行的手动分析相当的统计精度和准确性，从大量动物种群中生成高度时间分辨率的寿命数据，这是一项重大的技术进步。最近，LSM得到了进一步发展，以量化衰老过程中观察到的行为和形态变化，并将其与寿命联系起来。在这里，我们将介绍如何使用 LSM 计划、运行和分析自动化生命周期实验。我们进一步强调了成功收集行为数据和高质量生存曲线所需的关键步骤。

引言

衰老是一个复杂的、多方面的过程，其特征是生物体的生理功能下降，随着时间的推移，导致疾病和死亡的风险增加¹.寿命，以从出生或成年开始到死亡的时间来衡量，提供了衰老的明确结果² ，并为衡量人口之间的相对衰老速度提供了一个间接但严格的定量代理³。衰老研究通常依赖于对寿命的准确测量，类似于临床试验，以比较暴露于干预的人群和未暴露的对照组之间的结果。不幸的是，可重复性问题充斥着老化研究，有时是由于统计学上功效不足的实验⁴ ，通常是因为寿命测定对环境细微变化的固有敏感性⁵。稳健的实验需要对大量群体进行多次重复，而这一过程尤其受益于自动化⁶ 提供的实验可扩展性。

寿命测定的严格要求源于老化过程本身的不可预测性。居住在相同环境中的同基因个体表现出不同的死亡时间和生理衰退率⁷，这表明寿命涉及高度的随机性^7,8。因此，需要大量人口来衡量衰老过程中的定量变化，例如平均或最长寿命的变化，并克服因个体变异而产生的偏差。此外，高通量寿命测定的能力对于支持生存....

研究方案

1. 软硬件要求

1. 平板扫描仪：原则上，LSM可以使用各种成像设备来实现。有关扫描仪修改和对焦的详细说明，请参见其他网站¹³.LSM 硬件如 补充图 1 所示。
2. 数据分析工具：LSM 软件具有三个交互组件：基于 Linux 的扫描仪控制软件包、基于 Web 浏览器的元数据管理软件包以及 Windows 和 Linux 客户端图像分析软件包。请参阅安装 GitHub 存储库 （https://github.com/nstroustrup/lifespan） 上发布的软件工具的说明。
3. 数据可视化和验证软件：使用客户端程序蠕虫浏览器来安排实验，验证图像分析，对线虫运动进行手动注释，并输出存活数据。为 Windows 7、Windows 8 和 Windows 10 上的蠕虫浏览器提供了二进制可执行文件，蠕虫浏览器是从 Linux 或 Apple iOS 上的源代码编译而来的。上面提到的 GitHub 存储库上提供了安装指南。

补充图 1：Lifespan Machine 硬件。 一个带有打开盖子的平板扫描仪单元，用于显示加载的板，这些板面朝下放置在橡胶垫上切割的 16 个开口中。橡胶垫放置在玻璃扫描仪的表面上。条件的标签写在板的侧面，以避免在图像分析过程中出现问题。....

讨论

在这里，我们提供了一个详细的、可访问的协议，用于使用最新版本的 Lifespan Machine 执行实验。我们已经证明，实现良好分辨率的生存曲线的关键步骤是在图像采集后手动排除非蠕虫物体。手动死亡时间注释对生存曲线的整体形状影响很小，这表明即使没有手动注释，全自动死亡时间估计也是有效的（图8）。相反，获取高质量的行为衰老数据需要更仔细地注释死亡时间，尤.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
1-Naphtaleneacetic  acid (Auxin)	Sigma	N0640	Solubilize Auxin in 1M potassium hydroxide and add into molten agar
5-fluoro-2-deoxyuridine (FUDR)	Sigma	F0503	27.5 μg/mL of FUDR was used to eliminate progeny from populations on UV-inactivated bacteria
Glass cleaner	Kristal-M	QB-KRISTAL-M125ml
Hydrophobic anti-fog glass treatment	Rain-X Scheibenreiniger	C. 059140
Rubber matt	Local crafstman		Cut on a high-strength EPDM rubber sheet stock
Scanner glass	Local hardware supplier		9" x 11.5" inch glass sheet
Scanner plates	Life Sciences	351006	50 mm x 9 mm, polystyrene petri dish
USB Reference Thermometer	USB Brando	ULIFE055500	For calibrating temperature of scanners