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Method Article
* Estes autores contribuíram igualmente
Uma estratégia de preparação de amostras para imagens de embriões iniciais de peixe-zebra dentro de um córion intacto usando um microscópio de folha de luz é descrita. Ele analisa as diferentes orientações que os embriões adquirem dentro do córion nos estágios de 70% de epibólia e gema e detalha estratégias de imagem para obter resolução em escala celular em todo o embrião usando o sistema de folha de luz.
A microscopia de folha de luz tornou-se a metodologia de escolha para imagens ao vivo de embriões de peixe-zebra em longas escalas de tempo com fototoxicidade mínima. Em particular, um sistema multiview, que permite a rotação da amostra, permite a obtenção de imagens de embriões inteiros de diferentes ângulos. No entanto, na maioria das sessões de imagem com um sistema multiview, a montagem da amostra é um processo problemático, pois as amostras geralmente são preparadas em um tubo de polímero. Para auxiliar nesse processo, este protocolo descreve estratégias básicas de montagem para imagens do desenvolvimento inicial do peixe-zebra entre os estágios de 70% de epicolia e somite inicial. Especificamente, o estudo fornece estatísticas sobre as várias posições padrão dos embriões nos estágios de 70% de epibólio e botão dentro do córion. Além disso, discute o número ideal de ângulos e o intervalo entre os ângulos necessários para a obtenção de imagens de embriões inteiros de peixe-zebra nos estágios iniciais de desenvolvimento, para que as informações em escala celular possam ser extraídas pela fusão das diferentes visualizações. Finalmente, como o embrião cobre todo o campo de visão da câmera, que é necessário para obter uma resolução em escala celular, este protocolo detalha o processo de uso de informações de esferas de cima ou de baixo do embrião para o registro das diferentes visualizações.
Garantir o mínimo de fototoxicidade é um requisito importante para a obtenção de imagens de embriões vivos com alta resolução espaço-temporal por longos períodos. Na última década, a microscopia de folha de luz tornou-se a metodologia de escolha para atender a esse requisito 1,2,3,4,5,6,7. Resumidamente, nesta técnica que foi usada pela primeira vez em 2004 para capturar processos de desenvolvimento8, duas folhas finas de laser alinhadas passam pelo embrião de extremidades opostas, iluminando apenas o plano de interesse. Uma objetiva de detecção é colocada ortogonalmente e, em seguida, a luz fluorescente emitida de todos os pontos iluminados da amostra é coletada simultaneamente. Uma imagem 3D é então obtida movendo sequencialmente o embrião através da folha de luz estática.
Além disso, em uma forma específica dessa metodologia, denominada microscopia de folha de luz multiview, as amostras podem ser suspensas em um tubo de polímero que pode ser girado usando um rotor, permitindo a imagem do mesmo embrião de vários ângulos 9,10,11. Após a imagem, as imagens de vários ângulos são fundidas com base em marcadores de registro, que normalmente são marcadores fluorescentes globulares dentro do embrião (por exemplo, núcleos) ou no tubo (por exemplo, esferas fluorescentes). A imagem e a fusão multiview melhoram significativamente a resolução axial, fornecendo resolução isotrópica em todas as três dimensões12. Embora esta seja uma grande vantagem, um grande desafio da metodologia multiview é a montagem de amostras, onde os embriões devem ser montados e mantidos no lugar nos tubos durante todo o curso de imagem.
Para realizar imagens multiview, para manter os embriões no lugar e evitar o movimento durante a imagem, os embriões podem ser incorporados em agarose. No entanto, isso geralmente leva a um crescimento e desenvolvimento prejudiciais, particularmente para embriões de peixe-zebra em estágio inicial13, o sistema modelo discutido aqui. Uma segunda estratégia de montagem é usar um tubo fino que seja apenas um pouco maior que o diâmetro do embrião, onde o embrião pode ser puxado para dentro do tubo junto com o meio embrionário, seguido pelo fechamento do fundo do tubo com um tampão de agarose14. Nesse método, como o tubo é preenchido com meio embrionário, marcadores de registro, como contas fluorescentes, não podem ser usados para a fusão das diferentes visualizações e, portanto, o registro depende de marcadores dentro do embrião. Em geral, as contas atuam como melhores marcadores de registro, pois o sinal dos marcadores dentro do embrião se degrada ao se aprofundar na amostra devido às limitações de iluminação e detecção de qualquer microscópio.
Assim, uma terceira abordagem, que será detalhada aqui e usada anteriormente 5,13,14,15,16, é a imagem de embriões iniciais de peixe-zebra com um córion intacto e o preenchimento do tubo com uma porcentagem mínima de agarose, que contém contas como marcadores de registro. Nesse cenário, como a intervenção manual para posicionar embriões dentro de um córion não é possível, este estudo fornece estatísticas sobre a orientação padrão em que os embriões iniciais de peixe-zebra se enquadram, concentrando-se particularmente em 70% dos estágios de epíbulo e brotamento. Em seguida, discute o número ideal de visualizações necessárias para a imagem de embriões em estágio inicial com resolução em escala celular e detalha o processo de fusão usando o BigStitcher, um plug-in baseado em FIJI 10,17,18. Juntos, este protocolo, que usa uma objetiva de 20x/1 NA, visa facilitar os embriologistas de peixe-zebra no uso de sistemas de folha de luz multiview para imagens de embriões com núcleos e marcadores de membrana desde a gastrulação até os estágios iniciais de somito.
A manutenção do peixe-zebra e os procedimentos experimentais utilizados neste estudo foram aprovados pelo comitê institucional de ética animal, vide Referência TIFR/IAEC/2023-1 e TIFR/IAEC/2023-5. Embriões obtidos pelo cruzamento de peixes heterozigotos expressando Tg(actb2:GFP-Hsa.UTRN)19 foram injetados com mRNA H2A-mCherry (30 pg) no estágio unicelular. O mRNA de H2A-mCherry foi sintetizado usando o plasmídeo pCS2+ H2A-mCherry (um presente do laboratório de Oates, EPFL) por transcrição in vitro . Embriões que expressam ambos os marcadores, referidos como Utr-GFP e H2A-mCherry, respectivamente, no restante do protocolo, foram fotografados nos estágios de 70% de epibólia e gema. Os detalhes dos reagentes e equipamentos usados no estudo estão listados na Tabela de Materiais.
1. Preparação da amostra para imagens multiview
2. Imagem multiview
NOTA: Esta etapa apresenta um procedimento geral para imagens multivisualização de embriões de peixe-zebra em seus estágios iniciais de desenvolvimento. O método detalhado abaixo pode ser facilmente adaptado a qualquer sistema de microscopia de folha de luz multiview.
3. Análise de imagem multivisualização
NOTA: Para fundir as imagens multiview, um plugin FIJI, BigStitcher, que é a versão mais recente do plugin Multiview Reconstruction, é utilizado 10,17,18. O plug-in pode ser instalado adicionando o plug-in BigStitcher na função 'Gerenciar sites de atualização', que pode ser acessada na opção 'Atualizar' no menu 'Ajuda'. Uma vez instalado, o plug-in aparecerá no menu 'Plugins'. As etapas gerais envolvidas na fusão são as seguintes: (1) Defina pares de arquivos .xml/.h5 para os grânulos e os embriões; (2) Registre todas as vistas com o arquivo de contas; (3) Função de propagação do ponto de extração (PSF) para os grânulos, que pode ser usada para deconvolução (Figura 2A); (4) Transfira as informações de registro e PSF do arquivo de contas para o arquivo de embrião e inicie a deconvolução multiview. A maioria dessas etapas foi descrita anteriormente em detalhes21 e, aqui, as etapas que são processadas de forma diferente são descritas.
Orientar a amostra de maneira precisa é uma parte vital do uso eficiente de uma configuração de microscopia. No entanto, a orientação manual das amostras muitas vezes não é possível ao usar um sistema de folha de luz multiview, dada a necessidade de preparar as amostras em um tubo. Portanto, para verificar se existem posições estereotipadas que os embriões assumem dentro do córion, os embriões de peixe-zebra foram fotografados em 70% de epiboly (cerca de 7 h pós-fertilizaç...
Posicionar um embrião na orientação correta para obter imagens da região de interesse é uma das etapas de limitação de taxa que geralmente resulta em uma sessão de microscopia com falha para um usuário. Isso é mais verdade em um microscópio de folha de luz multiview, onde a manipulação manual da orientação é difícil, pois as amostras são incorporadas em um tubo. Para auxiliar nesse processo, este estudo relata as estatísticas de várias posições que um embrião de pe...
Os autores declaram não haver interesse conflitante.
Agradecemos ao Dr. Kalidas Kohale e sua equipe pela manutenção das instalações de peixes e à KV Boby pela manutenção do microscópio de folha de luz. A SRN reconhece o apoio financeiro do Departamento de Energia Atômica (DAE), Governo da Índia (Identificação do Projeto nº. RTI4003, DAE OM nº 1303/2/2019/R\&D-II/DAE/2079 de 11.02.2020), o programa Max Planck Society Partner Group (M.PG. A MOZG0010) e a Bolsa de Pesquisa Inicial do Conselho de Pesquisa em Ciência e Engenharia (SRG/2023/001716).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agarose, low gelling temperature | Sigma-Aldrich | A9414 | |
Calcium Chloride dihydrate | Sigma-Aldrich | 12022 | |
FIJI | Version: ImageJ 1.54f | ||
Latex beads, carboxylate-modified polystyrene, fluorescent red, 0.5 μm mean particle size, aqueous suspension | Sigma-Aldrich | L3280 | |
Magnesium sulfate heptahydrate | Sigma-Aldrich | M2773 | |
mMESSAGE mMACHINE SP6 Transcription kit | ThermoFischer Scientific | AM1340 | For in vitro transccription of H2A-mCherry plasmid |
Potassium Chhloride | Sigma-Aldrich | P9541 | |
Potassium phosphate monobasic | Sigma-Aldrich | P0662 | |
PTFE Sleeving AWG 15L - 1.58 mm ID x 0.15 mm Wall +/-0.05 | Adtech Innovations in Fluoroplastics | STW15 | PTFE tubes |
Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | S3014 | |
Sodium phosphate dibasic | Sigma-Aldrich | 71640 | |
Ultrasonic Cleaner | Labman | LMUC3 | Ultrasonicator |
Zeiss LightSheet 7 System | Zeiss |
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