Method Article
פרוטוקול לחתוך נוירונים ג elegans עם לייזר פעמו MicroPoint מוצג. אנו מתארים הקמת המערכת, משתק תולעים ניתוק שכותרתו נוירונים. היתרונות כוללים מערכת יחסית בעלות נמוכה ויכולת לנתק תהליכים עצביים או תאים לכרות In vivo.
נוירונים לתקשר עם תאים אחרים באמצעות אקסונים דנדריטים, הרחבות קרום דק המכילים התמחויות טרום או פוסט סינפטי. אם נוירון הוא נפגע על ידי פציעה או מחלה, עלול להתחדש. גורמים סלולרי פנימי חיצוני להשפיע על היכולת של תא עצב להתחדש ולשקם את תפקוד. לאחרונה, נמטודות ג elegans התפתחה אורגניזם מודל מצוין לזהות גנים איתות המסלולים המשפיעים על התחדשות של נוירונים 1-6. הדרך העיקרית ליזום התחדשות הנוירונים ב C. elegans היא חיתוך לייזר בתיווך או axotomy. במהלך axotomy, תהליך עצבי fluorescently שכותרתו היא הכרות באמצעות אנרגיה גבוהה פולסים. בתחילה, התחדשות הנוירונים ב C. elegans נבדקה באמצעות לייזר femtosecond מוגבר 5. עם זאת, מחקרים התחדשות לאחר מכן הראו כי לייזר פעמו קונבנציונליים יכולים לשמש במדויק לנתק נוירונים in vivo ו לתגובה משובי דומה 1,3,7.
אנו מציגים פרוטוקול לביצוע in vivo לייזר axotomy ב התולעת באמצעות MicroPoint פעמו לייזר, מערכת סוהר זמינה וכי כבר בשימוש נרחב עבור אבלציה תא ממוקד. אנו מתארים יישור לייזר, מקבע את התולעים, חיתוך נוירונים ספציפיים, והערכת התחדשות הבאים. המערכת מספקת את היכולת לחתוך מספר גדול של נוירונים תולעים מרובות במהלך הניסוי אחד. לפיכך, לייזר axotomy כפי שמתואר במסמך זה מערכת יעילה לייזום ניתוח תהליך של התחדשות.
1. הרכבת מערכת
רכיבים ספציפיים של המערכת שלנו המפורטות להלן. כאשר התאספו כהלכה, המשתמש צריך להיות מסוגל למקד את המיקרוסקופ ביד אחת, להזיז את הבמה עם אחרים (או עם העכבר או ג'ויסטיק), להפעיל את הלייזר עם דוושת רגל, יש תצוגה ברורה של ב- מסך התמונה.
2. לייזר ההתקנה
פרוטוקול מפורט בתחילה ליישר ולהתמקד הלייזר מסופק עם מערכת הלייזר MicroPoint. אנו מניחים כי הנוהל כבר אחרי בהצלחה על ההגדרה הראשונית. זה כולל יישור לייזר עם הכוונת של העינית. כאן אנו מספקים פרוטוקול עבור תחזוקה שוטפת של המוקד של לייזר בעוצמה.
כאמור במדריך MicroPoint, לייזר חנקן פעמו מסוגל לפגוע קשות העין האנושית. יש להקפיד לא להביט ישירות לתוך קרן לייזר. לאחר ההתקנה, את המסנן מחסום צריך לחסום קרינה בבטחה דרך מהעיניות.
חיתוך נוירונים אורגניזם בגודל של גרגר חול יכול להיות מאתגר. מאז שטח של הנזק שנגרם על ידי הלייזר הוא קטן מאוד, חשוב לדעת את מיקום תלת ממדי של המיקוד של הלייזר על מנת למקד את המדגם בדיוק. ההתמקדות לייזר נמצא בשימוש השקופית מראה. ראשית, עלינו לבדוק את המיקום z של המוקד לייזר תואם את המיקוד של הנתיב הדמיה. בשלב הבא, מיקום xy של מוקד הנזק מסומן הכוונת בתוכנת הדמיה.
התמקדות ב-z מטוס
התמקדות במישור xy
כוונון העוצמה של הלייזר
3. לשתק את התולעים
4. גזור נוירונים
5. ציון נוירונים להתחדשות
6. נציג תוצאות
כדוגמה, אנו מתארים ואפיון של התחדשות של חומצה γ-aminobutyric (GABA) הנוירונים המנוע. אלו נוירונים, אשר מתגוררים חוט העצב הגחון ולהאריך תהליכים circumferentially אל חוט העצב הגבי, חיוניים לתנועה נכונה 9. נוירונים GABA ניתן דמיינו ידי הבעת fluorophore מקודדים גנטית, כגון חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP), תחת שליטה של -47 או UNC UNC -25 מקדמי (זנים EG1285 ו CZ1200, בהתאמה, זמינים C. elegans גנטית מרכז ).
הר L4 בשלב תולעים כמתואר, להעיף את התולעים כך נוירונים GABA על צד ימין שלהם פונה כלפי מעלה, והמקום להחליק לכסות. חותכים 1-3 של commissures האחורי באמצע הדרך כל תולעת, בין מיתרי הגבי ו הגחון. הימנע חיתוך commissures החוצות או fasciculate עם commissures אחרים, כמו אלו קשה להבקיע מאוחר יותר. שחזור תולעים כמתואר.
18-24 שעות לאחר axotomy מוצלח, תולעים יהיה התאושש מהניתוח ולהציג locomotory נורמלי ההטלה התנהגויות. בטל תולעים, כי הם מתים או חולים. טען מחדש את שארית כמתואר, ולהעריך התחדשות. בדרך כלל אנו שואפים להעריך לפחות 30 נוירונים לחתוך בכל תנאי הניסוי. ב oxIs12 בעלי חיים, בדרך כלל 60-70% של L4 נוירונים GABA ניתק יהיה יזם חרוט צמיחה מבנה, שמעידים הרחבה של קרום בקצה הרחבה ואת הענפים neurite אחדות, נדד ממקום בסלע (איור 4 א). במקרים רבים, את הקונוסים הצמיחה תהיה היגרו להתחבר עם חוט העצב הגבי, השליכה נוירונים סמוכים, או את הגדם דיסטלי. יתרת 30% של נוירונים תהיה יזם או אין צמיחה, ויצרו גדם הפרוקסימלי לאתר של axotomy, או יהיה המורחבת רק filopodia קטן (איור 4 ב).
באיור 1. UV פעמו מערכת הלייזר axotomy. רכיבים ספציפיים הם: (א) מסנני ND (ב) הדופק בורר (ג) מנוף גלגל לסנן (ד) נתיב אופטי מיתוג מנוף (ה) תריס לייזר (ו) צלחת מחליש.
איור 2. הכנת כרית agarose. כדי להכין משטח agarose בעובי הרצוי, שתי שכבות של סרט (ירוק) מונחות על שתי שקופיות. שקופית ממוקם בין שתי הראשון, ירידה של agarose מתווסף אז לשקופית נקי. לבסוף, החלק הרביעי הוא ממוקם בניצב שלושת הראשונים, וכתוצאה מכך הפנקס כי הוא בעובי של שני חלקים של סרט.
איור 3. נציג GABA נוירון axotomies. בניסוי טיפוסי, GABA commissures נוירון נותקו באמצע ההיבט לרוחב של התולעת. השליכה הכרות מוצגת מיד לפני (פאנל משמאל) לאחר axotomy (פאנל מימין). כל התמונות צולמו במטרה שמן 100x.
איור 4. תוצאות נציג axotomies GABA נוירון. 24 שעות לאחר הכרות axotomy אקסונים הם הבקיע עבור התחדשות. האקסון התחדשות עם חרוט צמיחה (חץ) מוצג (א) זמן לא התחדשות האקסון נתפסת גדם הפרוקסימלית (חץ) ב (ב). הגדם הדיסטלי של האקסון כל לחתוך מוצג בלוח זה (ראש החץ) ו אינדיקציה כי האקסון כבר ניתק.
מגוון של מערכות לייזר שימשו לחתוך neurites ב C. elegans, וכן מספר מחקרים בחנו את הביצועים שלהם בפירוט 3,7,10,11. הלייזר MicroPoint השתמשו בפרוטוקול שלנו היא מערכת סוהר כי הוא קל להקים ולתחזק, והוא זמין במחיר נמוך לחוקרים לעומת מערכת לייזר TI-Sapphire. לעומת מערכת TI-Sapphire, לעומת זאת, הלייזר MicroPoint צפוי לגרום נזק שטח גדול יותר, אשר עשוי להיות נחות עבור יישומים מסוימים. אם מערכת TI-Sapphire הוא הרצוי, פרוטוקול מעולה על בניית מערכת כזו זמין 12.
הפרוטוקול הנוכחי יכול להתבצע על מגוון רחב של הנוירונים ב C. elegans, עם זאת, נציין, כי ההבדלים ביכולות משובי בין סוגים שונים של נוירונים צפויים 13. בנוסף, רקע מהונדס שונים יכולים להשפיע על ההצלחה רגנרטיבית. למרות אחוז התחדשות הנוירונים GABA הוא עקבי למדי בין זנים שונים סמן מהונדס, שציינו עלייה קלה הכוללת התחדשות ב juIs76 14 לעומת 15 oxIs12 תולעים. הבדלים בין סמנים של הנוירונים לגעת גם תוארו 2.
אנחנו מעדיפים כדי לשתק את התולעים עם microbeads במקום הרדמה כמו חרוזים את התוצאה מהר immobilization עקבית יותר 16. זהו גם יתרון כאשר אנו מסוגלים להתבונן התחדשות ללא כל תופעות בלבול אפשרי בשל הרדמה 17. שיטה חלופית ללא הרדמה עבור immobilization הוא השימוש התקנים microfluidic. השימוש מיקרופלואידיקה עבור axotomy תוארה בהרחבה 17-22.
אנו מוצאים כי עם שימוש עקבי, את הפונקציות לייזר הטוב ביותר כאשר coumarin 440 בתא צבען משתנה פעם בשבוע כל ביצוע ההליך המתואר במדריך MicroPoint. אם יש צורך, המחוון הנחתה ניתן להשתמש כדי להגדיל את כוחו, אבל זה עשוי להיות אינדיקציה צבע ישן או חוסר לייזר. כמו כן, יש לצבוע תאים חיים מוגבל, שבסופו של דבר צריך להיות מחדש או להחליף (ראה פתרון בעיות).
זה יכול להיות קשה לתמרן את neurite היעד תחת הכוונת המציינים את המיקוד לייזר, במיוחד אם החיה היא משותקת באופן חלקי. אנו מוצאים כי שלב ידני אינו אופטימלי למטרה זו, למרות שהוא שמיש בהחלט. בשלב ג'ויסטיק שבשליטת ממונע מדויק יותר, אנו מוצאים כי באמצעות תוכנה שתומכת תמונה גרירה עם העכבר כדי להזיז את הבמה ממונע הוא הטוב ביותר. אלמנטים Nikon מספק תכונה זו מתוארת בפרוטוקול זה, אבל את החבילה Micromanager חינם, כמו גם תוכנות הדמיה אחרות, ייתכן פונקציונליות דומה. דרך אחרת של מיקוד בסדר היא להעביר את המיקוד לייזר, ולא החיה. קרן מנגנון היגוי גלונומטר זמין כמו תוספת על הלייזר MicroPoint, אם גישה זו היא המועדפת.
מלבד היישום שלה ללימוד התחדשות עצבית, הלייזר יכול לשמש כדי לכרות סוגי תאים אחרים, כגון העור, השריר, או תאים מיוחדים, או לשבש סינפסות עצביות ספציפיות 23-27. יתר על כן, המסלולים המווסתים את התנוונות הנוירונים המלווה פציעה או מחלה יכולה להיחקר עם מערכת זו. ככזה, את השימוש של לייזרים פעמו ימשיכו לשפוך אור על שני גורמים גנטיים השינויים הביולוגיים המאפשרים לתא התחדשות העצבית ותהליכים רלוונטיים אחרים.
פתרון בעיות:
המתואר כאן כמה בעיות נפוצות ופתרונות הקשורים בהם.
עבודה במעבדה Hammarlund ממומנת על ידי: NIH מענקים NS066082 R01-01 ו T32GM007223, קרן Beckman, ואת רפואי אליסון קרן.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
שם מגיב | חברה | מספר קטלוגי | תגובות |
---|---|---|---|
חרוזי פוליסטירן 0.05 מיקרומטר | Polysciences, Inc | 08691 | |
חרוזי פוליסטירן 0.10 מיקרומטר | Polysciences, Inc | 00876 | |
Agarose GPG / LE | האמריקאי Bioanalytical | 00972 | אולטרה טהורים |
פלקון 14 מ"ל פוליסטירן Round-Bottom Tube | BD Biosciences | 352057 | 17 x 100 מ"מ סגנון, nonpyrogenic |
Thermo Scientific רגיל שקופיות מיקרוסקופ precleaned | אירי מדעי החברה | 420-004T | 3 "x 1" x 1 מ"מ |
כיסוי החלקות | VWR | 48366 205 | 18 מ"מ x 18 מ"מ מס '1 1 / 2 |
KIMTECH המדע Kimwipes | קימברלי קלארק | 34155 | |
BD פלקון 100 x 15mm צלחת פטרי סגנון | BD Biosciences | 351029 | |
ריק Tape 3/4w x 500L | TimeMed | T-512 | |
טבילה שמן | ניקון | סוג A, nd = 1.515 | |
EG1285 או CZ1200 | סי אלגנס גנטית מרכז | http://www.cbs.umn.edu/CGC/strains/ | |
OptiScan II | מדעי מראש | ||
ש-Elements Ar או Br | ניקון | ||
לייזר MicroPoint אבלציה מערכת | פוטוניים מדעי | ||
מתחם מיקרוסקופ | ניקון | Eclipse 80i | |
Hamamatsu מצלמה | Hamamatsu Photonics | דגם C8484-05G01 | |
Dell Precision T3400 PC עם Intel Core 2 Duo | Dell | ||
Windows XP Professional | מיקרוסופט | גרסת 2002, סדרה Pack 3 | |
Dual אמבטיה יבש החממה | פישר סיינטיפיק | אנלוגי שולט | |
4X תוכנית פלואוריד אובייקטיבי | ניקון | ||
100x תוכנית Apo VC שמן אובייקטיבי | ניקון | ||
דומון # 5 / 45 מלקחיים | דומון | 11251-35 | Dumoxel טיפים סטנדרטיים, ניתן גם להשתמש ב # 7 |
הביתור מיקרוסקופ | ניקון | SMZ800 | עם הפנס NI-150 עוצמה גבוהה |
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