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Questo protocollo offre un metodo per studiare la dinamica cellulare utilizzando una semplice tecnica di coltura in vitro . Offre ai ricercatori e agli educatori del pesce zebra l'opportunità di studiare i processi cellulari, come quelli legati all'omeostasi ossea e alla biologia cellulare di base, visualizzando nuclei fluorescenti e cellule apoptotiche all'interno delle squame.
Le squame di zebrafish offrono una serie di vantaggi per l'uso in laboratori standard per scopi didattici e di ricerca. Le squame possono essere facilmente raccolte senza la necessità di eutanasia, si rigenerano entro un paio di settimane e sono traslucide e piccole, consentendo di visualizzarle utilizzando un microscopio standard. Le squame di pesce zebra sono particolarmente utili negli ambienti educativi, in quanto offrono agli studenti un'opportunità unica di impegnarsi in esperienze di apprendimento pratico, in particolare nella comprensione delle dinamiche cellulari e dei metodi di coltura in vitro . L'obiettivo principale di questo protocollo è quello di descrivere un metodo per la raccolta e il mantenimento delle squame di zebrafish in coltura da utilizzare in una varietà di studi biologici utilizzando attrezzature di laboratorio di base. Inoltre, il protocollo descrive in dettaglio il loro utilizzo nella comprensione dell'omeostasi ossea esaminando l'attività delle cellule ossee coinvolte nel riassorbimento e nella deposizione ossea. Include anche protocolli aggiuntivi per tecniche generali, come la visualizzazione di nuclei e cellule apoptotiche. Il protocollo di coltura in vitro produce risultati affidabili con reagenti e attrezzature minimi. Questo articolo discute i vantaggi dell'utilizzo di colture in vitro di squame di pesce zebra per promuovere la ricerca scientifica e delinea le risorse necessarie per sostenere la loro integrazione nei contesti educativi.
Negli ultimi anni, il pesce zebra (Danio rerio) è emerso come un prezioso organismo modello in vari campi scientifici, tra cui la genetica, la biologia dello sviluppo e la tossicologia 1,2,3. I pesci zebra sono piccoli pesci tropicali d'acqua dolce originari dei fiumi del sud-est asiatico4. Sono diventati un popolare organismo modello in biologia grazie alla loro facile manutenzione, alle piccole dimensioni, al rapido ciclo riproduttivo e agli embrioni traslucidi1. Ciò consente una facile osservazione del loro sviluppo interno, rendendoli ideali per lo studio di vari processi biologici nella biologia dello sviluppo. Il pesce zebra condivide somiglianze genetiche con gli esseri umani; Circa il 70% dei geni umani ha almeno una controparte zebrafish, il che li rende un modello eccellente per lo studio di disturbi e malattie genetiche nell'uomo 5,6. Manipolando geni specifici nel pesce zebra, i ricercatori possono ottenere preziose informazioni sulla funzione e sul comportamento dei geni, che possono quindi essere applicate alla ricerca sulla salute umana6, all'editing genetico e alla creazione di linee transgeniche 7,8.
Le squame di pesce zebra si rigenerano dopo la rimozione 9,10 e possono essere coltivate per uno o tre giorni con un'incubatrice di base (non CO2) mentre vengono utilizzate per gli esperimenti11. L'uso di squame di pesce zebra è vantaggioso nei laboratori di base in quanto possono essere rimosse da pesci anestetizzati senza la necessità di eutanasia. Le squame di zebrafish sono un componente dello scheletro dermico, costituito principalmente da due strati: lo strato interno, che è spesso e costituito da tessuto parzialmente mineralizzato formato da strati di fibrille di collagene, e lo strato esterno, che è altamente mineralizzato e contiene una rete di fibrille di collagene intrecciate12,13 (Figura 1A-C). Queste caratteristiche morfologiche e cellulari della cocciniglia sono facilmente osservabili con un microscopio composto standard. Queste caratteristiche rendono le squame di zebrafish un buon modello per lo studio cellulare e molecolare. Ad esempio, le squame di pesce zebra sono state utilizzate per studiare l'omeostasi ossea, compresa l'attività delle cellule ossee11,12. Sono stati anche utilizzati per comprendere la rigenerazione tissutale 9,14,15, le vie geniche e la segnalazione14,16, il metabolismo17, gli studi sul microbiota18, ecc. Il pesce zebra, simile ad altri teleostei, è anche molto sensibile a fattori ambientali come inquinanti e tossine 19,20,21,22. Pertanto, le squame di pesce vengono utilizzate per studiare l'esposizione alle tossine nelle popolazioni ittiche. Queste caratteristiche rendono le scale un modello eccellente per insegnare agli studenti gli impatti dei fattori ambientali sugli organismi viventi. Inoltre, le squame delle linee transgeniche di zebrafish, come Tg(osterix:mCherry) e Tg(runx2a:GFP), potrebbero aggiungere un ulteriore livello di complessità agli esperimenti degli studenti.
In sintesi, utilizzando le squame di zebrafish, i ricercatori possono progettare e condurre esperimenti per studiare vari aspetti della biologia, dai meccanismi cellulari ai cambiamenti ambientali. I pesci zebra sono anche una risorsa preziosa nell'istruzione superiore poiché possono fornire esperienze pratiche nella progettazione sperimentale, nella raccolta dei dati e nell'analisi. Il pesce zebra può anche essere utilizzato in corsi avanzati e programmi incentrati sulla ricerca per esplorare aree di interesse specifiche. Questo articolo descrive un protocollo per l'utilizzo delle squame di pesce zebra negli ambienti di ricerca e di apprendimento in classe.
Tutti i protocolli qui descritti seguono le linee guida del Canadian Council on Animal Care e sono stati approvati annualmente dal comitato per la cura degli animali della Saint Mary's University/Mount Saint Vincent University con i numeri di protocollo 20-14 e 21-12. Prima di attuare questo protocollo, gli utenti devono assicurarsi che vengano seguite le linee guida federali e provinciali sull'uso degli animali nella ricerca o nell'insegnamento23. I dettagli dei reagenti e delle attrezzature utilizzate in questo studio sono elencati nella Tabella dei materiali.
1. Preparazione dei reagenti per la coltura su scala
2. Rimozione delle squame dai pesci vivi
3. Fissazione delle squame
4. Omeostasi ossea
NOTA: Di seguito sono descritte due procedure di omeostasi ossea. La fosfatasi acida resistente ai tartrati (TRAP) e la colorazione con fosfato alcalino (AP) sono tipicamente utilizzate per identificare rispettivamente gli osteoclasti e gli osteoblasti attivi. Gli osteoclasti riassorbono la matrice ossea mentre gli osteoblasti depositano la matrice ossea. AP è il principale enzima rilasciato dagli osteoblasti durante la formazione ossea, mentre TRAP viene secreto dagli osteoclasti nello spazio acido tra l'osteoclasta e la matrice ossea, aiutando la disgregazione e il riassorbimento osseo 24,25,26. Questo protocollo è disponibile anche su The Zebrafish Information Network27ed è stato precedentemente pubblicato28. La fosfatasi alcalina è un enzima prodotto da più tipi di cellule come parte del processo metabolico. Questo processo non è del tutto specifico per gli osteoblasti, ma nel tessuto osseo viene utilizzato come marcatore per la funzione degli osteoblasti.
5. Visualizzazione della dinamica cellulare nelle squame di zebrafish
NOTA: È possibile utilizzare una serie di metodi di colorazione per visualizzare le differenze tra le scale e per etichettare le celle all'interno della scala (Figura 3B). Ad esempio, i metodi per colorare i nuclei e i lisosomi all'interno delle cellule della bilancia sono descritti di seguito.
Recentemente, questo protocollo di coltura a scala è stato utilizzato per studiare l'omeostasi ossea11. Le squame possono sopravvivere nel terreno di coltura per almeno 2 giorni. Il numero di cellule apoptotiche è stato analizzato in ogni giorno di coltura, fino a un massimo di tre giorni, contando le cellule marcate. Questi risultati hanno mostrato che le cellule apoptotiche aumentavano significativamente il terzo giorno di coltura, indicando che il tempo di co...
Le squame di zebrafish sono un modello in vitro facilmente accessibile per studiare una varietà di processi biologici diversi che possono essere mantenuti per un massimo di 2 giorni utilizzando un metodo di coltura e un'incubatrice per simulare il loro ambiente naturale11. Le bilance hanno una distribuzione regolare e proporzionale delle cellule presenti, che consente ai ricercatori di visualizzare, contare ed etichettare le cellule e di condurre semplic...
Gli autori dichiarano di non avere alcun conflitto di interessi.
Gli autori ringraziano il personale della Mount Saint Vincent University Aquatic Facility e tutti i membri del laboratorio Franz-Odendaal Bone Development per aver fornito le cure necessarie ai pesci. Un ringraziamento specifico ad Alisha McNeil, Keely A. MacLellan e Shirine Jeradi per l'assistenza nell'ottimizzazione di alcuni protocolli. Questa ricerca è stata supportata da finanziamenti dell'Agenzia spaziale canadese (CSA) [19HLSRM01] e del Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.2 mL tubes | n/a | n/a | |
37% HCl | EMD | HX0603-4 | For pH stabilization and prepration of PRS |
Concave slide | n/a | n/a | |
DAPI | Vectashield | H-1200 | For cell nuclei visualization |
Diazonium salt (Fast Blue B) | Sigma | D9805 | For AP substrate solution |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) powder | Sigma | D5523 | For scale culture media |
Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate (MS222) | Sigma | E10521 | For preparation of 0.1% MS222 |
Fetal bovine serum | Sigma | F4135 | For scale culture media |
Fluorescence microscope | n/a | n/a | |
Glacial acetic acid | Fisher | A38 212 | For acetate buffer |
Glycerol | VWR | BDH1172-4LP | For 80% glycerol - storage scales |
HEPES | ThermoFisher | 15630106 | For scale culture media |
Hot plate | n/a | n/a | |
KCl | Sigma | P217-10 | For preparation of PBS |
Lysotracker | ThermoFisher | L7528 | For lysosomes visualization |
Maleic acid | Sigma | M0375 | For Tris-Maleate buffer |
Micropipette | n/a | n/a | |
N,N-dimethylformamide | Sigma | 319937 | For AP substrate solution |
N,N-dimethylformamide | Sigma | 319937 | For Enzyme Substrate Solution |
Na2HPO4 | EMD | SX0720-1 | For preparation of PBS |
NaCl | Sigma | S9888 | For preparation of PBS |
NaNO2 | Sigma | S-2252 | For 4% NaNO2 |
NaOH | Sigma | S5881 | For preparation of 4% PFA |
NaOH | Sigma | S5881 | For scale fixation and pH stabilization |
Napthol-AS-TR-phosphate | Sigma | N6125 | For AP substrate solution |
Napthol-AS-TR-phosphate | Sigma | N6125 | For Enzyme Substrate Solution |
Pararosaniline hydrochloride | Sigma | P3750 | For PRS |
Penicillin-streptomycin 5000 units penicillin and 5mg streptomyocin/ml | ThermoFisher | 15140122 | For scale culture media |
Personal protective equipment (PPE): disposable nitrile gloves, safety glasses/splash goggles and lab coat. | n/a | n/a | |
PFA | Sigma | P6148 | For scale fixation |
Sodium acetate | Sigma | S2889 | For acetate buffer |
Standard compound microscope | n/a | n/a | |
Stir plate | n/a | n/a | |
Tartaric acid | Sigma | T6521 | For Tartrate buffer |
Tris base | Roche | 03 118 142 001 | For Tris-Maleate buffer |
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