Name: establishing an octopus ecosystem for biomedical and bioengineering research
Uploaded: 2021-09-22T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Establishing an Octopus Ecosystem for Biomedical and Bioengineering Research at JoVE.com

Dit werk werd ondersteund door NIH UF1NS115817 (G.P.). G.P. wordt gedeeltelijk ondersteund door NIH-subsidies R01NS072171 en R01NS098231. We willen Patrick Zakrzewki en Mohammed Farhoud van Emit Imaging bedanken voor de hulp en ondersteuning bij het verzamelen en visualiseren van de gegevens op het Xerra Imaging Platform. MSU heeft een onderzoeksovereenkomst met Bruker Biospin.

Alle dierstudies werden goedgekeurd door de Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) van de Michigan State University.
1. Octopus tank apparatuur set-up
<ol><li>Verkrijg eerst alle niet-biologische materialen voor een aquarium die zullen worden opgenomen in het mariene milieusysteem, zoals weergegeven in de tabel met materialen. Maten zijn voorzien in inches.</li>
	<li>Was alle onderdelen van slangen, leidingen en filtersystemen met 70% ethanol en gedeïoniseerd (...

Systeem instellen: Het aquariumecosysteem is zo ontwikkeld dat zowel mechanische als biologische methoden voor het filteren en oxygeneren van het water worden gebruikt. De filterelementen van het systeem maken gebruik van sokfilters, eiwitafschuimers en regelmatige reiniging om het stikstof- en zuurstofgehalte te handhaven. Wat nog belangrijker is, we vertrouwen ook op mariene micro-organismen om de gevaarlijke stikstofverbindingen en ander biologisch afval te consumeren en het water te beluchten door...

Nieuwe concepten in biomedisch onderzoek en biomedische technologie worden vaak geïnspireerd door het identificeren van specifieke strategieën die biologische soorten bezitten om omgevings- en fysiologische omstandigheden en uitdagingen aan te pakken. Het begrijpen van de fluorescentie-eigenschappen in vuurvliegjes heeft bijvoorbeeld geleid tot de ontwikkeling van nieuwe fluorescerende sensoren die cellulaire activiteit in andere modelorganismen kunnen rapporteren1; het identificeren van ionkanalen die door licht in algen worden geactiveerd, heeft geleid tot de ontwikkeling van cellulaire en temporele specifieke op licht gebaseerde neuromodulatie2,3,4,5; het ontdekken van eiwitten in glazen meervallen die navigeren volgens het magnetisch veld van de aarde heeft geleid tot de ontwikkeling van magnetische neuromodulatie6,7,8,9,10,11; het begrijpen van de sifonreflex in Aplysia is instrumenteel geweest voor het begrijpen van de cellulaire basis van gedrag12,13,14.
Onderzoekers blijven de huidige bio-engineering en fylogenetische toolbox uitbreiden door gebruik te maken van de unieke sterke punten en nieuwe perspectieven op fysiologische functies die niet-conventionele laboratoriumsoorten hebben. Federale agentschappen beginnen deze onderzoekslijnen te ondersteunen door nieuw werk te financieren dat op verschillende soorten wordt uitgevoerd.
Een geslacht van dieren met unieke anatomie- en regeneratiemogelijkheden, evenals de adaptieve controle van elk van zijn armen, fascinerende biologen en ingenieurs en een boeiend publiek uit alle delen van de samenleving is de Octopus17. Inderdaad, veel aspecten van de fysiologie en het gedrag van de octopus zijn de afgelopen decennia bestudeerd15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26 . Recente ontwikkelingen in moleculaire en evolutionaire biologie, robotica, bewegingsregistratie, beeldvorming, machine learning en elektrofysiologie versnellen echter ontdekkingen met betrekking tot de fysiologie en het gedrag van octopussen en vertalen ze naar innovatieve bio-engineeringstrategieën27,28,29,30,31,32,33,34,35 ,36,37,38,39.
Hier beschrijven we hoe we de octopushouderij kunnen opzetten en onderhouden, wat van belang en relevant zou zijn voor wetenschappers en ingenieurs met verschillende achtergronden, wetenschappelijke interesses en doelen. Niettemin richten onze resultaten zich op de toepassing van octopussen in neurowetenschappelijk en neuro-engineeringonderzoek. De octopus heeft een hoog ontwikkeld zenuwstelsel met 45 miljoen neuronen in de centrale hersenen, 180 miljoen neuronen in de optische kwabben en nog eens 350 miljoen neuronen in de acht axiale koorden en perifere ganglia; ter vergelijking: een hond heeft een vergelijkbaar aantal neuronen en een kat slechts de helft ervan40. In tegenstelling tot het gewervelde zenuwstelsel zijn er slechts 32K efferente en 140K afferente vezels die de miljoenen neuronen in de hersenen van de octopus verbinden met de miljoenen neuronen in elk van de axiale koorden van hun arm40,41,42. Deze relatief weinig onderling verbonden vezels suggereren dat de meeste details voor de uitvoering van de motorische programma's worden uitgevoerd in het axiale koord zelf, met de nadruk op de uniek verdeelde neuronale controle die de octopussen bezitten. De armen van de octopus hebben een buitengewone fijne motoriek waardoor ze manipulatievaardigheden kunnen gebruiken, zoals het openen van potdeksels, zelfs als ze zich in de container bevinden. Dit sterk ontwikkelde prehensile motorvermogen is uniek voor de klasse van koppotigen (octopus, inktvis en inktvis)43.
Inderdaad, door honderden miljoenen jaren van evolutie heeft de octopus een opmerkelijk en geavanceerd genoom en fysiologisch systeem ontwikkeld43,44 dat nieuwe ontwikkeling en vooruitgang op wetenschappelijk en technisch gebied heeft geïnspireerd. Een waterbestendige kleefpleister op basis van de anatomische structuur van de uitlopers van de octopus kan bijvoorbeeld aan natte en droge oppervlakken blijven plakken45; een synthetisch camouflerend materiaal geïnspireerd op de camouflagehuid van de octopus kan een plat, 2D-oppervlak transformeren in een driedimensionaal oppervlak met hobbels en putten46. Miniatuur zachte en autonome robots (d.w.z. Octobots) die in de toekomst kunnen dienen als chirurgische hulpmiddelen in het lichaam47; en een arm (d.w.z. OctoArm) bevestigd aan een tankachtige robot48 zijn ook ontwikkeld. Veel soorten octopussen worden gebruikt in biomedisch onderzoek, bijvoorbeeld Octopus vulgaris, Octopus sinensis, Octopus variabilis en Octopus bimaculoides (O. bimaculoides); de O. vulgaris en O. bimaculoides zijn de meest voorkomende34,49,50. De recente sequencing van verschillende octopusgenomen maakt dit geslacht van bijzonder belang en opent nieuwe grenzen in octopusonderzoek34,43,51,52.
O. bimaculoides gebruikt in onze opstelling is een middelgrote soort octopus, voor het eerst ontdekt in 1949, die kan worden gevonden in ondiepe wateren voor de noordoostelijke Pacifische kust van centraal Californië tot het zuiden van het schiereiland Baja California17. Het is te herkennen aan de valse oogvlekken op zijn mantel onder zijn ogen. Vergeleken met Giant Pacific Octopus (Enteroctopus dofleini) en Common Octopus (O. vulgaris), is de California Two-Spot Octopus (O. bimaculoides) relatief klein van formaat, beginnend kleiner dan een paar centimeter, groeit snel als een juveniel. Wanneer de volwassen mantel in een laboratorium wordt opgevoed, kan deze uitgroeien tot een gemiddelde grootte van 100 cm en tot 800 g53,54 wegen. Octopussen hebben een snelle groeiperiode binnen hun eerste 200 dagen; tegen die tijd worden ze als volwassenen beschouwd en blijven ze de rest van hun leven groeien55,56,57. Octopussen kunnen kannibalistisch zijn, vooral wanneer beide geslachten samen in een tank zijn gehuisvest; daarom moeten ze afzonderlijk in afzonderlijke tanks worden ondergebracht58.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1-3/4 in. Drill Bit</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>204074205</td>
			<td>Glass cutting tool 
			Part number:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1&#34; flow sensors</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Pipe with sensor to measure water flow 
			Part number:2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1&#34; Slip Bulkhead Strainer</td>
			<td>Bulk Reef Supply</td>
			<td>207113</td>
			<td>Strainer for water leaving tank 
			Part number:3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 gallon tank</td>
			<td>Pruss Pets</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Fiddler crab holding tank 
			Part number:4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4 inch X 12 inch 200 Micron Nylon Monofiliment Mesh Filter Sock w/ Plastic Ring</td>
			<td>AQUAMAXX</td>
			<td>UJ41171</td>
			<td>Filter for large organic matter in sump 
			Part number:5</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>40 gallon aquarium</td>
			<td>Pruss Pets</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>4 Food aquarium tanks 
			Part number:6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60g poly tanks - rectangle</td>
			<td>Pruss Pets</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>2 Water Storage (salt and freshwater) 
			Part number:7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Active Aqua 1/10th HP Hydroponic or Aquarium Chiller 2018 Model</td>
			<td>WayWe</td>
			<td>719574198463</td>
			<td>For cooling water continuously 
			Part number:8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ALAZCO 2 Soft-Grip Handle Heavy-Duty Tile Grout Brush</td>
			<td>ALAZCO</td>
			<td>B06W2FT5V5</td>
			<td>Tank Cleaning 
			Part number:9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonia Testing Kit</td>
			<td>Aquarium Pharmaceuticals</td>
			<td>33D</td>
			<td>For water testing 
			Part number:10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Apex system WiFi</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>System connection for off site monitoring 
			Part number:11</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>API Aquarium Test Kit</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B001EUE808</td>
			<td>For water testing 
			Part number:12</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>API Copper Test Kit</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B0006JDWH8</td>
			<td>For water testing 
			Part number:13</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aqua Ultraviolet Classic UV 25 Watt Series Units</td>
			<td>Aqua Ultraviolet</td>
			<td>A00028</td>
			<td>For removing bacteria leaving sump system 
			Part number:14</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AquaClear 50 Foam Filter Inserts, 3 pack</td>
			<td>Aquaclear</td>
			<td>A1394</td>
			<td>Food Tank Carbon Filter Inserts 
			Part number:15</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aqueon QuietFlow LED PRO Aquarium Power Filter 30</td>
			<td>Aqueon</td>
			<td>100106082</td>
			<td>Food tank filtering units 
			Part number:16</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Auto Top Off Kit (ATK) (Each includes 1 FMM module, 2 optical sensors and 1 float)</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>For freshwater tank 
			Part number:17</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Automatic top off from RODI (LLC)</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>From water storage to octopus tanks 
			Part number:18</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Banded Trochus Snail</td>
			<td>LiveAquaria</td>
			<td>CN-112080</td>
			<td>For algae bin 
			Part number:19</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chaetomorpha Algae, Aquacultured</td>
			<td>LiveAquaria</td>
			<td>BVJ-76354</td>
			<td>For algae bin 
			Part number:20</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clams - Live, Hard Shell, Cherrystone, Wild, USA Dozen</td>
			<td>Fulton Fish Market</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Live food 
			Part number:21</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Classic Sea Salt Mix - Tropic Marin</td>
			<td>Bulk Reef Supply</td>
			<td>211813</td>
			<td>Salt for tank water 
			Part number:22</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clear Masterkleer Soft PVC Plastic Tubing, for Air and Water, 3/4&#34; ID,&#160;1&#34; OD</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>5233K71</td>
			<td>Cleaning tool 
			Part number:23</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Continuum Aquablade-P Acrylic Safe Algae Scraper W/ Plastic Blade - 15 Inch</td>
			<td>Marine Depot</td>
			<td>4C31001</td>
			<td>Cleaning tool 
			Part number:24</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper Testing Kit</td>
			<td>Aquarium Pharmaceuticals</td>
			<td>65L</td>
			<td>For water testing 
			Part number:25</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Curve Refugium CREE LED Aquarium Light</td>
			<td>Eshopps</td>
			<td>6500K</td>
			<td>Algae bin light 
			Part number:26</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eheim 1262 return pumps</td>
			<td>EHEIM</td>
			<td>1250219</td>
			<td>Pump for storage tanks 
			Part number:27</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eshopps R-100 Refugium Sump GEN 3</td>
			<td>Eshopps</td>
			<td>15000</td>
			<td>Sump system 
			Part number:28</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl Alcohol, 200 Proof</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>64-17-5</td>
			<td>Anesthesia 
			Part number:29</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Extech DO600 ExStik II Dissolved Oxygen Meter</td>
			<td>Extech</td>
			<td>DO600</td>
			<td>Oxygen measurment 
			Part number:30</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiddler Crabs; live; dozen</td>
			<td>NORTHEAST BRINE SHRIMP</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Live food 
			Part number:31</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter Cartrages</td>
			<td>Aqueon</td>
			<td>100106087</td>
			<td>Food tank filters 
			Part number:32</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Florida Crushed Coral Dry Sand - CaribSea</td>
			<td>Bulk Reef Supply</td>
			<td>212959</td>
			<td>Sedimate for bottom of tank 
			Part number:33</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FMM module</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Controller for apex system 
			Part number:34</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fritz-Zyme TurboStart 900 - Fritz</td>
			<td>Bulk Reef Supply</td>
			<td>213036</td>
			<td>Bacteria start 
			Part number:35</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hand Operated Drum Pump, Siphon, Basic Pump with Spout, For Container Type Bucket, Pail</td>
			<td>Granger</td>
			<td>38Y789</td>
			<td>Water Hand Pump 
			Part number:36</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High pH Testing Kit</td>
			<td>Aquarium Pharmaceuticals</td>
			<td>27</td>
			<td>For water testing 
			Part number:37</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imagitarium Fine Mesh Net for Shrimp</td>
			<td>Petco</td>
			<td>2580993</td>
			<td>Shrimp and fish transfer net 
			Part number:38</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leak Detection Kit (LDK) - Includes FMM module plus 2 ALD sensors</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Placed on floor to detect water 
			Part number:39</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lee`S Algae Scrubber Pad Jumbo - Glass</td>
			<td>Marine Depot</td>
			<td>LE12007</td>
			<td>Cleaning tool 
			Part number:40</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Live rocks</td>
			<td>Pruss Pets</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Habitat for octopus 
			Part number:41</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Long Bottle Cleaning Brush 17&#34; Extra Long</td>
			<td>Haomaomao</td>
			<td>B07FS7J7PN</td>
			<td>Tank Cleaning 
			Part number:42</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M1028-100ML</td>
			<td>Euthanasia 
			Part number:43</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic Probe Rack</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>For holding apex sensor probes 
			Part number:44</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Marine Ghost Shrimp</td>
			<td>NORTHEAST BRINE SHRIMP</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Live food 
			Part number:45</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Marineland C-Series Canister Carbon Bags Filter Media, 2 count</td>
			<td>Chewy</td>
			<td>98331</td>
			<td>For elevated copper levels 
			Part number:46</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitra-Zorb Bag</td>
			<td>Aquarium Pharmaceuticals</td>
			<td>AP2213</td>
			<td>Absorbes nirtogen compounds 
			Part number:47</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrate Testing Kit</td>
			<td>Aquarium Pharmaceuticals</td>
			<td>LR1800</td>
			<td>For water testing 
			Part number:48</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrite Testing Kit</td>
			<td>Aquarium Pharmaceuticals</td>
			<td>26</td>
			<td>For water testing 
			Part number:49</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pawfly 2 Inch Air Stones Cylinder 6 PCS Bubble Diffuser Airstones for Aquarium Fish Tank Pump Blue</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B076S56XWX</td>
			<td>Aierating water 
			Part number:50</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penn Plax Airline Tubing for Aquariums &#8211;Clear and Flexible Resists Kinking, 8 Feet Standard</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B0002563MM</td>
			<td>Tubing for connecting air pump to air stone 
			Part number:51</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plumbing with unions/valves plus 3/4&#34; flex hose</td>
			<td>Pruss Pets</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Water transport 
			Part number:52</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PM1 module</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Power control module for apex 
			Part number:53</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Protein skimmer</td>
			<td>Reef Octopus</td>
			<td>AC20284</td>
			<td>Removes biowaste from system 
			Part number:54</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVC Apex Mounting board, grommets, wire mounts</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Helps ensure organization for wires and tubing within system 
			Part number:55</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PVC Regular Cement and 4-Ounce NSF Purple Primer</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Oatey - 30246</td>
			<td>For connecting PVC pipes 
			Part number:56</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RODI unit</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>RO Water 
			Part number:57</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Salinity Probes</td>
			<td>HANNA probes</td>
			<td>HI98319</td>
			<td>Measures salinity of water 
			Part number:58</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Seachem Pristine Aquarium Treatment</td>
			<td>Sea Chem</td>
			<td>1438</td>
			<td>Provides bacteria that break down excess food, waste and detritus 
			Part number:59</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Seachem Stability Fish Tank Stabilizer</td>
			<td>Sea Chem</td>
			<td>116012607</td>
			<td>Seachem Stability will rapidly and safely establish the aquarium biofilter in freshwater and marine systems 
			Part number:60</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Set of lexan tops</td>
			<td>Pruss Pets</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Aquarium tank lids 
			Part number:61</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Set of Various extended length aquabus cables</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Cables for Apex system 
			Part number:62</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SLSON Aquarium Algae Scraper Double Sided Sponge Brush Cleaner Long Handle Fish Tank Scrubber for Glass Aquariums</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B07DC2TZCJ</td>
			<td>Cleaning tool 
			Part number:63</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall PVC Pipe Fitting for Water, 45 Degree Elbow Adapter, 3/4 Socket Female x 3/4 Socket Male</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>4880K189</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:64</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall&#160;PVC Pipe Fitting for Water, 90 Degree&#160;Elbow&#160;Adapter,&#160;1 Socket Female x 1 Socket Male</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>4880K773</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:65</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall&#160;PVC Pipe Fitting for Water, Adapter,&#160;1&#160;Socket-Connect&#160;Female x 1 Barbed Male</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>4880K415</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:66</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall&#160;PVC Pipe Fitting for Water, Straight&#160;Reducer,&#160;2 Socket Female x&#160;3/4&#160;Socket Female</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>4880K008</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:67</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall&#160;PVC Pipe Fitting for Water, Tee Connector,&#160;White,&#160;1 Size&#160;Socket-Connect&#160;Female</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>4880K43</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:68</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall&#160;Unthreaded Rigid PVC Pipe for Water, 1 Pipe Size, 10 Feet Long</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>48925K13</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:69</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Standard-Wall Unthreaded Rigid PVC Pipe for Water, 3/4 Pipe Size, 5 Feet Long</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>48925K92</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:70</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Structural FRP Fiberglass Sheet, 48&#34; Wide x 96&#34; Long, 1/4&#34; Thick</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>8537K15</td>
			<td>Table top material 
			Part number:71</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Structural FRP Fiberglass Square Tube, 10 Feet Long, 2&#34; Wide x 2&#34; High Outside, 1/8&#34; Wall Thickness</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>8548K33</td>
			<td>Structural table materal 
			Part number:72</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tank Sediment</td>
			<td>TopDawg Pet Supply</td>
			<td>8479001207</td>
			<td>Sediment for bottom of fiddler crab tank 
			Part number:73</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature probe</td>
			<td>Neptune Systems</td>
			<td>Local Dealer</td>
			<td>Temperature probe for tanks 
			Part number:74</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetra TetraMarine Large Saltwater Flakes for all Marine Fish</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B00025K0US</td>
			<td>Fish, shrimp, and crab food 
			Part number:75</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetra Whisper Aquarium Air Pump for 10 gallon Aquariums</td>
			<td>Petco</td>
			<td>2335234</td>
			<td>Air pump for smaller tanks 
			Part number:76</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thick-Wall Through-Wall Pipe Fitting, for Water, PVC Connector, 1 Socket-Connect Female</td>
			<td>McMaster</td>
			<td>36895K843</td>
			<td>PVC pipe 
			Part number:77</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vectra s2 pump</td>
			<td>Bulk Reef Supply</td>
			<td>212141</td>
			<td>Aquarium Pump 
			Part number:78</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water Pump</td>
			<td>TACKLIFE</td>
			<td>GHWP1A</td>
			<td>Pump for cleaning tanks 
			Part number:79</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wyze Cam v2 1080p HD Indoor WiFi Smart Home Camera with Night Vision</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B076H3SRXG</td>
			<td>DeepLabCut Recording 
			Part number:80</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

establishing an octopus ecosystem for biomedical and bioengineering research

Veel ontwikkelingen in biomedisch onderzoek zijn geïnspireerd door het ontdekken van anatomische en cellulaire mechanismen die specifieke functies in verschillende soorten ondersteunen. De octopus is een van deze uitzonderlijke dieren die wetenschappers nieuwe inzichten heeft gegeven op het gebied van neurowetenschappen, robotica, regeneratieve geneeskunde en prothesen. Onderzoek met deze soort koppotigen vereist het opzetten van complexe faciliteiten en intensieve zorg voor zowel de octopus als zijn ecosysteem dat van cruciaal belang is voor het succes van het project. Dit systeem vereist meerdere mechanische en biologische filtersystemen om een veilige en schone omgeving voor het dier te bieden. Samen met het besturingssysteem zijn gespecialiseerd routineonderhoud en reiniging vereist om de faciliteit op lange termijn effectief operationeel te houden. Het wordt geadviseerd om deze intelligente dieren een verrijkte omgeving te bieden door het landschap van de tank te veranderen, een verscheidenheid aan prooien op te nemen en uitdagende taken voor hen te introduceren om door te werken. Onze resultaten omvatten MRI en een autofluorescentiebeeldvorming van het hele lichaam, evenals gedragsstudies om hun zenuwstelsel beter te begrijpen. Octopussen bezitten een unieke fysiologie die van invloed kan zijn op vele gebieden van biomedisch onderzoek. Hen voorzien van een duurzaam ecosysteem is de eerste cruciale stap in het blootleggen van hun onderscheidende mogelijkheden.

Alle dieren in onze studies werden uit het wild verkregen, en dus kon hun exacte leeftijd niet worden bepaald en hun verblijf in het laboratorium was variabel. Octopus conditie werd dagelijks waargenomen. We zagen geen parasieten, bacteriën, huidbeschadiging of abnormaal gedrag. Het gemiddelde gewicht van de dieren was 170,38 +/- 77,25 g. Elk dier bewoonde zijn eigen tank van 40 gallon. De gemiddelde ± standaardafwijking voor de parameters die gedurende een week voor een tank werden geregistreerd, waren: pH 8,4 ± 0,0,...

Watch this Scientific Journal Video about Establishing an Octopus Ecosystem for Biomedical and Bioengineering Research at JoVE.com

Establishing an Octopus Ecosystem for Biomedical and Bioengineering Research

Het begrijpen van de unieke fysiologische en anatomische structuren van octopussen kan van grote invloed zijn op biomedisch onderzoek. Deze gids laat zien hoe een mariene omgeving kan worden opgezet en onderhouden om deze soort te huisvesten en bevat state-of-the-art beeldvorming en analytische benaderingen om de anatomie en functie van het zenuwstelsel van octopus te visualiseren.

Het opzetten van een octopus-ecosysteem voor biomedisch en bio-engineeringonderzoek

Many developments in biomedical research have been inspired by discovering anatomical and cellular mechanisms that support specific functions in different ...

Ons protocol is belangrijk omdat het onderzoekers begeleidt bij het onderhouden van een octopusomgeving, uitlegt over het opzetten van het aquarium, de dagelijkse verzorging van octopussen. Deze techniek begeleidt nieuwe onderzoekers zonder octopusverzorgingservaringen bij het opzetten van een aquariumomgeving voor octopussen in een laboratorium en het onderhouden van gezonde octopussen voor onderzoek. Het is belangrijk voor nieuwe onderzoekers met octopussen om te beseffen dat deze dieren een sterke betrokkenheid vereisen.Ze vereisen dagelijkse verzorging en de waterkwaliteit moet continu in een stabiele toestand worden gecontroleerd voordat de dieren zelfs maar aankomen. Een week nadat de octopustanks zijn gerijpt, zet je een aparte garnalentank op door acht liter gerijpt zout water naar de tank over te brengen en voeg je vervolgens 15 kilogram gemalen koraal toe aan de bodem van de tank. Voeg ook een paar levende rotsen toe om schuilplaatsen te bieden voor rui.Bevestig vervolgens een busfilter aan de rand van de tank en stel deze in zoals voorgeschreven door de fabrikant. Voeg een luchtpomp toe naast de tank die is aangesloten op een buis met een bevestigde luchtsteen die in de tank is geplaatst. Zodra het gemalen koraalsediment is verdwenen, kan de garnaal aan de tank worden toegevoegd, Om de garnalen bij aankomst toe te voegen, verplaats je de garnalen eerst vijf minuten van het verzendwater naar de kleine bemiddelaarszoutwatertank om bioafval te verwijderen, waarna de garnalen direct aan de tank kunnen worden toegevoegd.Muggenvissen kunnen bij aankomst direct aan de garnalentank worden toegevoegd. Voer de garnalen en vissen met visvlokken, dode vegetatie of algen. Reinig elke week het filter, ververs de filterpads en ververs 25% van het water.Controleer met behulp van watertestkits dagelijks stikstof-, pH- en temperatuurparameters in de voedseltanks. Als de waterstikstofparameters hoog blijven, ververst u het water vaker en voegt u een stikstofabsorberende zak toe. Als de problemen langer dan een maand aanhouden, verplaats de garnalen dan naar een grotere tank.Stapel voor de krabtank 10 kilogram kiezels aan de ene kant om droog land te creëren en vul de andere kant met één liter zout water. Voeg vervolgens fiddler-krabben rechtstreeks in de tank toe. Krabben zullen het grootste deel van hun leven op het land doorbrengen, maar kunnen een paar dagen per keer onder water zijn, waardoor een gedeeltelijk onderzeese tank cruciaal is voor hun overleving op lange termijn.Voer de fiddler krabben eenmaal per dag door visvlokken toe te voegen aan het gerecht op het gebied van de tank. Reinig de tanks wekelijks door eerst de krabben te verwijderen en vervolgens 100% van het zoute water te verversen en de kiezels schoon te maken. Plaats mariene tweekleppige weekdieren, zoals kokkels en mosselen, in de zoutwatertank van de octopus.Deze weekdieren zullen zich openen en een ander waterfiltermechanisme bieden. Voordat u de octopus in de tank introduceert, moet u ervoor zorgen dat de ammoniak-, nitriet- en nitraatniveaus respectievelijk lager zijn dan 5, 25 en 10 delen per miljoen. Zorg dat u een waterhandpomp beschikbaar heeft om octopusinkt uit de tank te verwijderen.Voor deze procedure zijn twee personen nodig. Plaats bij aankomst de zak op de weegschaal en noteer het gewicht van de zak met de octopus. Voeg een luchtsteen toe aan de zak om de wateroxygenatie te verhogen terwijl het dier naar zijn tank wordt overgebracht.Meet de temperatuur en het zoutgehalte van het verzendwater en registreer gevallen van langdurige ziekte na verzending. Zonder water van de zak naar de tank over te brengen, hangt u de transportzak over de hoek van de tank met de zak gedeeltelijk ondergedompeld in het tankwater om te beginnen met het veranderen van de temperatuur van de transportzak. Verwijder 10% van het water uit de zak en dump het in de gootsteen en voeg vervolgens dezelfde hoeveelheid water uit de tank toe aan de zak.Herhaal dit elke 10 minuten totdat de watertemperatuur in de zak niet meer dan één graad anders is dan de watertemperatuur in de tank. Draag vervolgens handschoenen en plaats beide handen onder de octopus om ondersteuning te bieden tijdens de overdracht. De tweede persoon moet de opgezogen armen voorzichtig van de zijkant van de zak trekken.Zodra de octopus uit de zak is, verplaats je hem snel in het water van zijn nieuwe habitat en breng je zo min mogelijk water uit de verzendzak over. Gebruik de handpomp om alle inkt te verwijderen die de octopus vrijgeeft wanneer deze in de tank zit. Weeg nu de zak met water om het geschatte gewicht van het dier te verkrijgen.Controleer de eerste twee weken na aankomst de dagelijkse consumptie van de octopus, die ongeveer 4 tot 8% van zijn gewicht moet zijn. De octopus moet vier keer per dag worden gecontroleerd. Dit kan na twee weken worden teruggebracht tot twee keer per dag.Weeg het dier om de twee weken en pas de voedselconsumptie indien nodig aan. Gebruik een in de handel verkrijgbare zoutwatertestkit voor pH-, ammoniak-, nitriet- en nitraatniveaus. Voeg de kitgerichte hoeveelheid tankwater toe aan de vier reageerbuizen die bij de kit zijn geleverd.Zoals aangegeven in de testkit, voegt u de hoeveelheid calorimetrische reactant toe aan de overeenkomstige buis. Als het ammoniak-, nitriet- en nitraatgehalte hoger is dan respectievelijk 5, 25 en 10 delen per miljoen, spoelt u de biomassa uit het sokfilter of verandert u in een nieuw sokfilter. Reinig bovendien biomassa van de bovenkant van de skimmer met een borstel en voeg extra denitrificerende bacteriën toe aan de tank.Als de problemen aanhouden, vervang dan 25% van het water door zoet zout water. Verwijder met behulp van een handpomp alle dode krab- en garnalenkarkassen uit de tank, evenals alle octopus-ontlasting. Verwijder alle resterende levende krabben uit de tank en verplaats ze terug naar de opslagtank.Herschik vervolgens grote objecten in de tank. Introduceer vervolgens de helft van het aantal krabben dat de octopus dagelijks zou eten in de tank. Voer ontdooide garnalen of kleine mannelijke fiddler-krabben aan jonge octopussen.Afhankelijk van het experiment kunnen krabben en garnalen overal in de tank worden geïntroduceerd, of rechtstreeks bij de octopus. Bied dagelijks vijf spookgarnalen aan. Om de octopus een verscheidenheid aan voedsel te bieden, geef je één keer per week een levende mossel of mossel en houd je altijd drie muggenvissen in de tank.Voor wekelijkse sanitaire voorzieningen schakelt u de skimmer-, pomp- en algenbakverlichting uit voordat u het pompsysteem reinigt en schakelt u vervolgens de automatische klep van het systeem uit voordat u water verwijdert. Verwijder ten slotte de skimmer en al het water alleen uit het cartersysteem. Schrob de algenbak lichtjes om het grootste deel van de biomassa van de wanden te verwijderen en maak de rest van het cartergebied schoon met een borstel, verwijder vervolgens het sokfilter, maak het schoon met azijn en laat het drogen.Draai elke week met een ander sokfilter en vervang het elke drie maanden door nieuwe. Nadat u de biomassa van de bovenkant van de skimmer hebt gereinigd, plaatst u de skimmer terug in het systeem en begint u met het bijvullen met zout water. Wanneer het pompgebied begint te vullen, schakelt u alle systemen weer in.Stop met het toevoegen van water wanneer de automatische bovenkant van de vlotterklep in de uitstand staat. Het losdraaien van reageerbuizen is een waardevolle test voor het begrijpen van de sensomotorische functie en het leren van de geheugencapaciteiten van octopussen. Deze test werd dagelijks uitgevoerd op drie octopussen en het kostte de octopussen gemiddeld vier dagen om te leren hoe ze de reageerbuis moesten openen.Hier worden MRI-beelden met ultrahoge ruimtelijke resolutie getoond van de hersenen en armen van de octopus die samen een zenuwstelsel vormen met meer dan 500 miljoen neuronen. Dit is een coronale weergave van het hoofd, met de hersenen en de optische kwabben. In de coronale weergave van de armen is het axiale koord zichtbaar in elk van de zeven armen en een sagittale weergave van de uitlopers vertoont een complexe perifere zenuwstructuur.Cryo-fluorescentie tomografie beeldvorming, die een driedimensionaal morfologisch beeld van het hele dier genereert, maakte visualisatie van de hersenen en de zuignappen langs de arm op de golflengte van 470 nanometer mogelijk. Het spijsverteringsstelsel wordt gevisualiseerd in de golflengten van 555 en 640 nanometer. Nadat deze techniek was ontwikkeld, was het mogelijk om machine learning-tools te gebruiken voor het volgen en classificeren van de octopusbewegingen.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Graphene Coatings for Biomedical Implants

Grafeen Coatings voor Biomedische implantaten

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with ...

Establishing Fungal Entomopathogens as Endophytes: Towards Endophytic Biological Control

Tot oprichting van Schimmel Entomopathogens als endofyten: Op weg naar Endofytische Biologische bestrijding

 Beauveria bassiana is a fungal entomopathogen with the ability to colonize plants endophytically. As an endophyte, B. bassiana may play a role in ...

Designing Silk-silk Protein Alloy Materials for Biomedical Applications

Het ontwerpen van Silk-zijde Protein Alloy materialen voor biomedische toepassingen

Fibrous proteins display different sequences and structures that have been used for various applications in biomedical fields such as biosensors, ...

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

Fabriceren superhydrophobic polymere materialen voor biomedische toepassingen

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

Fabrication of Mechanically Tunable and Bioactive Metal Scaffolds for Biomedical Applications

Fabricage van mechanisch afstembare en bioactieve Metal Steigers voor biomedische toepassingen

Biometal systems have been widely used for biomedical applications, in particular, as load-bearing materials. However, major challenges are high stiffness ...

Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering

Synthese van Keratine-gebaseerde Nanovezel voor Biomedische Technologie

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of ...

Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications

Rapid Mix Bereiding van Bioinspired Nanoscale hydroxyapatiet voor biomedische toepassingen

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest ...

An Ultrasonic Tool for Nerve Conduction Block in Diabetic Rat Models

Een ultrasone instrument voor de geleiding van de zenuwen blokkeren in diabetische Rat modellen

Nerve conduction block with a high intensity-focused ultrasound (HIFU) transducer has been performed in normal and diabetic animal models recently. HIFU ...

An Additive Manufacturing Technique for the Facile and Rapid Fabrication of Hydrogel-based Micromachines with Magnetically Responsive Components

Additief fabricage techniek voor de Facile en snelle fabricage van Hydrogel gebaseerde Micromachines met magnetisch responsieve onderdelen

Polyethylene glycol (PEG)-based hydrogels are biocompatible hydrogels that have been approved for use in humans by the FDA. Typical PEG-based hydrogels ...