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Method Article
Este protocolo oferece um método para estudar a dinâmica celular usando uma técnica simples de cultura in vitro . Ele oferece uma oportunidade para pesquisadores e educadores de peixes-zebra estudarem processos celulares, como aqueles relacionados à homeostase óssea e biologia celular básica, visualizando núcleos fluorescentes e células apoptóticas dentro das escamas.
As escamas de peixe-zebra oferecem uma variedade de vantagens para uso em laboratórios padrão para fins de ensino e pesquisa. As escamas são facilmente coletadas sem a necessidade de eutanásia, regeneram-se em algumas semanas e são translúcidas e pequenas, permitindo que sejam visualizadas usando um microscópio padrão. As escamas de peixe-zebra são especialmente úteis em ambientes educacionais, pois oferecem uma oportunidade única para os alunos se envolverem em experiências práticas de aprendizado, particularmente na compreensão da dinâmica celular e métodos de cultura in vitro . O principal objetivo deste protocolo é descrever um método de coleta e manutenção de escamas de peixe-zebra em cultura para uso em uma variedade de estudos biológicos usando equipamentos básicos de laboratório. Além disso, o protocolo detalha seu uso na compreensão da homeostase óssea, examinando a atividade das células ósseas envolvidas na reabsorção e deposição óssea. Também inclui protocolos adicionais para técnicas gerais, como a visualização de núcleos e células apoptóticas. O protocolo de cultivo in vitro produz resultados confiáveis com o mínimo de reagentes e equipamentos. Este artigo discute os benefícios do uso de culturas in vitro de escamas de peixe-zebra para promover a investigação científica e descreve os recursos necessários para apoiar sua integração em ambientes educacionais.
Nos últimos anos, o peixe-zebra (Danio rerio) emergiu como um organismo modelo valioso em vários campos científicos, incluindo genética, biologia do desenvolvimento e toxicologia 1,2,3. O peixe-zebra é um pequeno peixe tropical de água doce nativo dos rios do Sudeste Asiático4. Eles se tornaram um organismo modelo popular em biologia devido à sua fácil manutenção, tamanho pequeno, ciclo reprodutivo rápido e embriões translúcidos1. Isso permite uma fácil observação de seu desenvolvimento interno, tornando-os ideais para estudar vários processos biológicos na biologia do desenvolvimento. O peixe-zebra compartilha semelhanças genéticas com os humanos; Aproximadamente 70% dos genes humanos têm pelo menos uma contraparte do peixe-zebra, tornando-os um excelente modelo para estudar distúrbios e doenças genéticas em humanos 5,6. Ao manipular genes específicos no peixe-zebra, os pesquisadores podem obter informações valiosas sobre a função e o comportamento dos genes, que podem ser aplicados à pesquisa em saúde humana6, edição de genes e criação de linhas transgênicas 7,8.
As escamas de peixe-zebra se regeneram após a remoção 9,10 e podem ser cultivadas por um a três dias com uma incubadora básica (não-CO2) enquanto são usadas para experimentos11. O uso de escamas de peixe-zebra é vantajoso em laboratórios básicos, pois podem ser removidas de peixes anestesiados sem a necessidade de eutanásia. As escamas de peixe-zebra são um componente do esqueleto dérmico, consistindo principalmente de duas camadas: a camada interna, que é espessa e feita de tecido parcialmente mineralizado formado por camadas de fibrilas de colágeno, e a camada externa, que é altamente mineralizada e contém uma rede de fibrilas de colágeno entrelaçadas12,13 (Figura 1A-C). Essas características morfológicas e celulares da escala são facilmente observadas em um microscópio composto padrão. Essas características tornam as escamas de peixe-zebra um bom modelo para o estudo celular e molecular. Por exemplo, escamas de peixe-zebra têm sido usadas para estudar a homeostase óssea, incluindo a atividade das células ósseas11,12. Eles também têm sido usados para entender a regeneração tecidual 9,14,15, vias gênicas e sinalização14,16, metabolismo17, estudos de microbiota18, etc. O peixe-zebra, semelhante a outros teleósteos, também é altamente sensível a fatores ambientais, como poluentes e toxinas 19,20,21,22. Como tal, as escamas de peixe são usadas para estudar a exposição a toxinas em populações de peixes. Essas características tornam as escalas um excelente modelo para ensinar os alunos sobre os impactos dos fatores ambientais nos organismos vivos. Além disso, escamas de linhagens transgênicas de peixe-zebra, como Tg (osterix: mCherry) e Tg (runx2a: GFP), podem adicionar outro nível de complexidade aos experimentos dos alunos.
Em resumo, usando escamas de peixe-zebra, os pesquisadores podem projetar e conduzir experimentos para estudar vários aspectos da biologia, desde mecanismos celulares até mudanças ambientais. O peixe-zebra também é um recurso valioso no ensino superior, pois pode fornecer experiências práticas em design experimental, coleta de dados e análise. O peixe-zebra também pode ser utilizado em cursos avançados e programas focados em pesquisa para explorar áreas específicas de interesse. Este artigo descreve um protocolo para o uso de escamas de peixe-zebra em ambientes de pesquisa e aprendizagem em sala de aula.
Todos os protocolos descritos aqui seguem as diretrizes do Conselho Canadense de Cuidados com Animais e foram aprovados anualmente pelo comitê de Cuidados com Animais da Saint Mary's University/Mount Saint Vincent University sob os números de protocolo 20-14 e 21-12. Antes de realizar este protocolo, os usuários devem garantir que as diretrizes federais e provinciais sobre o uso de animais em pesquisa ou ensino sejam seguidas23. Os detalhes dos reagentes e equipamentos usados neste estudo estão listados na Tabela de Materiais.
1. Preparação de reagentes para cultura de escala
2. Remoção de escamas de peixes vivos
3. Fixação de escamas
4. Homeostase óssea
NOTA: Dois procedimentos de homeostase óssea são descritos abaixo. A coloração de fosfatase ácida resistente ao tartarato (TRAP) e fosfato alcalino (AP) é normalmente usada para identificar osteoclastos e osteoblastos ativos, respectivamente. Os osteoclastos reabsorvem a matriz óssea enquanto os osteoblastos depositam a matriz óssea. A AP é a principal enzima liberada pelos osteoblastos durante a formação óssea, enquanto a TRAP é secretada pelos osteoclastos no espaço ácido entre o osteoclasto e a matriz óssea, auxiliando na quebra e reabsorção óssea 24,25,26. Este protocolo também está disponível na The Zebrafish Information Network27e foi publicado anteriormente28. A fosfatase alcalina é uma enzima produzida por vários tipos de células como parte do processo metabólico. Este processo não é totalmente específico para osteoblastos, mas no tecido ósseo, é usado como um marcador para a função dos osteoblastos.
5. Visualização da dinâmica celular em escamas de peixe-zebra
NOTA: Uma variedade de métodos de coloração pode ser usada para visualizar as diferenças entre as escamas e rotular as células dentro da escala (Figura 3B). Por exemplo, métodos para corar núcleos e lisossomos dentro das células da escama são descritos abaixo.
Recentemente, esse protocolo de cultura em escala foi usado para estudar a homeostase óssea11. As escamas podem sobreviver no meio de cultura por pelo menos 2 dias. O número de células apoptóticas foi analisado em cada dia de cultivo, até um máximo de três dias, por meio da contagem das células marcadas. Esses resultados mostraram que as células apoptóticas aumentaram significativamente no terceiro dia de cultivo, indicando que o tempo de cultivo deve se...
As escamas de peixe-zebra são um modelo in vitro de fácil acesso para estudar uma variedade de processos biológicos diferentes que podem ser mantidos por até 2 dias usando um método de cultura e uma incubadora para simular seu ambiente natural11. As escalas têm uma distribuição regular e proporcional das células presentes, o que permite aos pesquisadores visualizar, contar e rotular células e realizar experimentos simples de biologia celular usa...
Os autores declaram não ter conflito de interesses.
Os autores agradecem à equipe do Mount Saint Vincent University Aquatic Facility e a todos os membros do laboratório de Desenvolvimento Ósseo Franz-Odendaal por fornecer os cuidados necessários com os peixes. Agradecimentos específicos a Alisha McNeil, Keely A. MacLellan e Shirine Jeradi por ajudar na otimização de alguns protocolos. Esta pesquisa foi apoiada por financiamento da Agência Espacial Canadense (CSA) [19HLSRM01] e do Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia do Canadá (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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