生物医学・バイオエンジニアリング研究のためのタコ生態系の確立

要約

タコの独特の生理学的構造と解剖学的構造を理解することは、生物医学研究に大きな影響を与える可能性があります。このガイドでは、この種に対応するための海洋環境の設定と維持方法を示し、タコの神経系の解剖学と機能を視覚化するための最先端のイメージングおよび分析アプローチが含まれています。

要約

生物医学研究の多くの発展は、異なる種の特定の機能をサポートする解剖学的および細胞的メカニズムを発見することによって刺激されています。タコは、科学者に神経科学、ロボット工学、再生医療、補生の分野に新しい洞察を与えたこれらの例外的な動物の一つです。この種の頭足類を用いた研究では、プロジェクトの成功に不可欠なタコとその生態系の両方に対する複雑な施設の設置と集中治療が必要です。このシステムは動物に安全できれいな環境を提供するために複数の機械および生物のフィルタリングシステムを必要とする。制御システムに加えて、施設を長期に保つためには、特別な定期メンテナンスと清掃が必要です。タンクの風景を変え、様々な獲物を取り入れ、彼らが働くために挑戦的なタスクを導入することによって、これらの知的動物に豊かな環境を提供することをお勧めします。我々の結果は、MRIと全身自己蛍光イメージングだけでなく、彼らの神経系をよりよく理解するための行動研究を含む。タコは、生物医学研究の多くの分野に影響を与えることができるユニークな生理学を持っています。持続可能なエコシステムを提供することは、その明確な能力を明らかにする上で最初に重要なステップです。

概要

生物医学研究と生物医学工学の新しい概念は、多くの場合、生物種が環境や生理学的条件や課題に対処するために持っている特定の戦略を特定することによって触発されます。例えば、ホタルの蛍光特性を理解することは、他のモデル生物¹の細胞活動を報告できる新しい蛍光センサーの開発につながっています。藻類の光によって活性化されたイオンチャネルを同定することは、細胞および時間的な特定光ベースの神経変調^{2、3、4、5}の開発につながっている。地球の磁場に従って移動するガラスナマズのタンパク質を発見することは、磁気ベースの神経変調^6、7,8,9,10,11の開発につながっています。Aplysiaのサイフォン反射を理解することは、行動の細胞基盤を理解す....

プロトコル

すべての動物研究は、ミシガン州立大学の施設動物のケアと使用委員会(IACUC)によって承認されました。

1. タコタンク装置のセットアップ

1. まず、材料表に示すように、海洋環境システムに組み込まれる水槽のすべての非生物学的材料を取得 します。サイズはインチで提供されます。
2. すべてのチューブ、配管、フィルターシステム部品を70%エタノールで洗浄し、取り付け前に脱イオン(DI)水を使用してください。清掃時には石鹸などの薬品を使用しないでください。
3. グラスファイバーテーブル13インチ×49インチ×1/2インチ(パート#71)を、炭素繊維で作られた4つのテーブルレッグと、2インチx 2インチx 23インチ(パート#72)の寸法で配置します。脚を卓上の角の真下に取り付けます。
4. 上面の下、各テーブル脚の間に、2インチ x 2 インチの長さ (パート #72) カーボンファイバー安定化ブレースをテーブルの下側に取り付け、上の棚の端に直接置きます。テーブルの下の地面に同じ寸法の別の棚をねじで取り付けます。タンクが上面に座っている間、ポンプ( 材料表を参照)を底面の表面に直接置きます。このシステムは図 1 に示されています。
   注:タンクからの水出力は重力供給され、タンクに出入りするもの....

結果

私たちの研究のすべての動物は野生から得られたので、彼らの正確な年齢を決定することはできなかったし、研究室での彼らの滞在は可変でした。タコの状態は毎日観察された。寄生虫、細菌、皮膚損傷、異常な行動は見ませんでした。動物の平均重量は170.38 +/- 77.25 gであった。各動物は、独自の40ガロンタンクに住んでいました。1週間にわたって記録されたタンクの平均±標準偏差は、pH 8........

ディスカッション

システムセットアップ:
水槽の生態系は、水のフィルタリングと酸素化の機械的および生物学的方法の両方が採用されている方法で開発されました。システムのフィルター要素は、窒素と酸素のレベルを維持するために、靴下フィルター、タンパク質スキマー、および定期的な洗浄を利用します。さらに重要なことは、海洋微生物に頼って危険な窒素化合物やその他の生物学的.......

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
1-3/4 in. Drill Bit	Home Depot	204074205	Glass cutting tool Part number:1
1" flow sensors	Neptune Systems	Local Dealer	Pipe with sensor to measure water flow Part number:2
1" Slip Bulkhead Strainer	Bulk Reef Supply	207113	Strainer for water leaving tank Part number:3
10 gallon tank	Pruss Pets	Local Dealer	Fiddler crab holding tank Part number:4
4 inch X 12 inch 200 Micron Nylon Monofiliment Mesh Filter Sock w/ Plastic Ring	AQUAMAXX	UJ41171	Filter for large organic matter in sump Part number:5
40 gallon aquarium	Pruss Pets	Local Dealer	4 Food aquarium tanks Part number:6
60g poly tanks - rectangle	Pruss Pets	Local Dealer	2 Water Storage (salt and freshwater) Part number:7
Active Aqua 1/10th HP Hydroponic or Aquarium Chiller 2018 Model	WayWe	719574198463	For cooling water continuously Part number:8
ALAZCO 2 Soft-Grip Handle Heavy-Duty Tile Grout Brush	ALAZCO	B06W2FT5V5	Tank Cleaning Part number:9
Ammonia Testing Kit	Aquarium Pharmaceuticals	33D	For water testing Part number:10
Apex system WiFi	Neptune Systems	Local Dealer	System connection for off site monitoring Part number:11
API Aquarium Test Kit	Amazon	B001EUE808	For water testing Part number:12
API Copper Test Kit	Amazon	B0006JDWH8	For water testing Part number:13
Aqua Ultraviolet Classic UV 25 Watt Series Units	Aqua Ultraviolet	A00028	For removing bacteria leaving sump system Part number:14
AquaClear 50 Foam Filter Inserts, 3 pack	Aquaclear	A1394	Food Tank Carbon Filter Inserts Part number:15
Aqueon QuietFlow LED PRO Aquarium Power Filter 30	Aqueon	100106082	Food tank filtering units Part number:16
Auto Top Off Kit (ATK) (Each includes 1 FMM module, 2 optical sensors and 1 float)	Neptune Systems	Local Dealer	For freshwater tank Part number:17
Automatic top off from RODI (LLC)	Neptune Systems	Local Dealer	From water storage to octopus tanks Part number:18
Banded Trochus Snail	LiveAquaria	CN-112080	For algae bin Part number:19
Chaetomorpha Algae, Aquacultured	LiveAquaria	BVJ-76354	For algae bin Part number:20
Clams - Live, Hard Shell, Cherrystone, Wild, USA Dozen	Fulton Fish Market	N/A	Live food Part number:21
Classic Sea Salt Mix - Tropic Marin	Bulk Reef Supply	211813	Salt for tank water Part number:22
Clear Masterkleer Soft PVC Plastic Tubing, for Air and Water, 3/4" ID, 1" OD	McMaster	5233K71	Cleaning tool Part number:23
Continuum Aquablade-P Acrylic Safe Algae Scraper W/ Plastic Blade - 15 Inch	Marine Depot	4C31001	Cleaning tool Part number:24
Copper Testing Kit	Aquarium Pharmaceuticals	65L	For water testing Part number:25
Curve Refugium CREE LED Aquarium Light	Eshopps	6500K	Algae bin light Part number:26
Eheim 1262 return pumps	EHEIM	1250219	Pump for storage tanks Part number:27
Eshopps R-100 Refugium Sump GEN 3	Eshopps	15000	Sump system Part number:28
Ethyl Alcohol, 200 Proof	Sigma-Aldrich	64-17-5	Anesthesia Part number:29
Extech DO600 ExStik II Dissolved Oxygen Meter	Extech	DO600	Oxygen measurment Part number:30
Fiddler Crabs; live; dozen	NORTHEAST BRINE SHRIMP	N/A	Live food Part number:31
Filter Cartrages	Aqueon	100106087	Food tank filters Part number:32
Florida Crushed Coral Dry Sand - CaribSea	Bulk Reef Supply	212959	Sedimate for bottom of tank Part number:33
FMM module	Neptune Systems	Local Dealer	Controller for apex system Part number:34
Fritz-Zyme TurboStart 900 - Fritz	Bulk Reef Supply	213036	Bacteria start Part number:35
Hand Operated Drum Pump, Siphon, Basic Pump with Spout, For Container Type Bucket, Pail	Granger	38Y789	Water Hand Pump Part number:36
High pH Testing Kit	Aquarium Pharmaceuticals	27	For water testing Part number:37
Imagitarium Fine Mesh Net for Shrimp	Petco	2580993	Shrimp and fish transfer net Part number:38
Leak Detection Kit (LDK) - Includes FMM module plus 2 ALD sensors	Neptune Systems	Local Dealer	Placed on floor to detect water Part number:39
Lee`S Algae Scrubber Pad Jumbo - Glass	Marine Depot	LE12007	Cleaning tool Part number:40
Live rocks	Pruss Pets	Local Dealer	Habitat for octopus Part number:41
Long Bottle Cleaning Brush 17" Extra Long	Haomaomao	B07FS7J7PN	Tank Cleaning Part number:42
Magnesium chloride	Sigma-Aldrich	M1028-100ML	Euthanasia Part number:43
Magnetic Probe Rack	Neptune Systems	Local Dealer	For holding apex sensor probes Part number:44
Marine Ghost Shrimp	NORTHEAST BRINE SHRIMP	N/A	Live food Part number:45
Marineland C-Series Canister Carbon Bags Filter Media, 2 count	Chewy	98331	For elevated copper levels Part number:46
Nitra-Zorb Bag	Aquarium Pharmaceuticals	AP2213	Absorbes nirtogen compounds Part number:47
Nitrate Testing Kit	Aquarium Pharmaceuticals	LR1800	For water testing Part number:48
Nitrite Testing Kit	Aquarium Pharmaceuticals	26	For water testing Part number:49
Pawfly 2 Inch Air Stones Cylinder 6 PCS Bubble Diffuser Airstones for Aquarium Fish Tank Pump Blue	Amazon	B076S56XWX	Aierating water Part number:50
Penn Plax Airline Tubing for Aquariums –Clear and Flexible Resists Kinking, 8 Feet Standard	Amazon	B0002563MM	Tubing for connecting air pump to air stone Part number:51
Plumbing with unions/valves plus 3/4" flex hose	Pruss Pets	Local Dealer	Water transport Part number:52
PM1 module	Neptune Systems	Local Dealer	Power control module for apex Part number:53
Protein skimmer	Reef Octopus	AC20284	Removes biowaste from system Part number:54
PVC Apex Mounting board, grommets, wire mounts	Neptune Systems	Local Dealer	Helps ensure organization for wires and tubing within system Part number:55
PVC Regular Cement and 4-Ounce NSF Purple Primer	Amazon	Oatey - 30246	For connecting PVC pipes Part number:56
RODI unit	Neptune Systems	Local Dealer	RO Water Part number:57
Salinity Probes	HANNA probes	HI98319	Measures salinity of water Part number:58
Seachem Pristine Aquarium Treatment	Sea Chem	1438	Provides bacteria that break down excess food, waste and detritus Part number:59
Seachem Stability Fish Tank Stabilizer	Sea Chem	116012607	Seachem Stability will rapidly and safely establish the aquarium biofilter in freshwater and marine systems Part number:60
Set of lexan tops	Pruss Pets	Local Dealer	Aquarium tank lids Part number:61
Set of Various extended length aquabus cables	Neptune Systems	Local Dealer	Cables for Apex system Part number:62
SLSON Aquarium Algae Scraper Double Sided Sponge Brush Cleaner Long Handle Fish Tank Scrubber for Glass Aquariums	Amazon	B07DC2TZCJ	Cleaning tool Part number:63
Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, 45 Degree Elbow Adapter, 3/4 Socket Female x 3/4 Socket Male	McMaster	4880K189	PVC pipe Part number:64
Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, 90 Degree Elbow Adapter, 1 Socket Female x 1 Socket Male	McMaster	4880K773	PVC pipe Part number:65
Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, Adapter, 1 Socket-Connect Female x 1 Barbed Male	McMaster	4880K415	PVC pipe Part number:66
Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, Straight Reducer, 2 Socket Female x 3/4 Socket Female	McMaster	4880K008	PVC pipe Part number:67
Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, Tee Connector, White, 1 Size Socket-Connect Female	McMaster	4880K43	PVC pipe Part number:68
Standard-Wall Unthreaded Rigid PVC Pipe for Water, 1 Pipe Size, 10 Feet Long	McMaster	48925K13	PVC pipe Part number:69
Standard-Wall Unthreaded Rigid PVC Pipe for Water, 3/4 Pipe Size, 5 Feet Long	McMaster	48925K92	PVC pipe Part number:70
Structural FRP Fiberglass Sheet, 48" Wide x 96" Long, 1/4" Thick	McMaster	8537K15	Table top material Part number:71
Structural FRP Fiberglass Square Tube, 10 Feet Long, 2" Wide x 2" High Outside, 1/8" Wall Thickness	McMaster	8548K33	Structural table materal Part number:72
Tank Sediment	TopDawg Pet Supply	8479001207	Sediment for bottom of fiddler crab tank Part number:73
Temperature probe	Neptune Systems	Local Dealer	Temperature probe for tanks Part number:74
Tetra TetraMarine Large Saltwater Flakes for all Marine Fish	Amazon	B00025K0US	Fish, shrimp, and crab food Part number:75
Tetra Whisper Aquarium Air Pump for 10 gallon Aquariums	Petco	2335234	Air pump for smaller tanks Part number:76
Thick-Wall Through-Wall Pipe Fitting, for Water, PVC Connector, 1 Socket-Connect Female	McMaster	36895K843	PVC pipe Part number:77
Vectra s2 pump	Bulk Reef Supply	212141	Aquarium Pump Part number:78
Water Pump	TACKLIFE	GHWP1A	Pump for cleaning tanks Part number:79
Wyze Cam v2 1080p HD Indoor WiFi Smart Home Camera with Night Vision	Amazon	B076H3SRXG	DeepLabCut Recording Part number:80