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

עבודה זו נתמכה על ידי NIH UF1NS115817 (G.P.). G.P. נתמך חלקית על ידי מענקי NIH R01NS072171 ו- R01NS098231. ברצוננו להודות לפטריק זכרצ'וקי ומוחמד פרחוד מ-Emit Imaging על העזרה והתמיכה באיסוף והדמיה של הנתונים בפלטפורמת ההדמיה של Xerra. MSU יש הסכם מחקר עם Bruker Biospin.

כל המחקרים בבעלי חיים אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול בבעלי חיים ושימוש (IACUC) של אוניברסיטת מישיגן סטייט.
1. הגדרת ציוד טנק תמנון
<ol><li>ראשית, להשיג את כל החומרים הלא ביולוגיים עבור אקווריום שישולב במערכת הסביבתית הימית, כפי שמוצג בטבלת החומרים. הגדלים מסופקים באי...

התקנת מערכת: המערכת האקולוגית של האקווריום פותחה באופן שבו מועסקות שיטות מכניות וביולוגיות לסינון וחימצון המים. רכיבי הסינון של המערכת משתמשים במסנני גרביים, ברפרוף חלבונים ובניקוי קבוע כדי לשמור על רמות החנקן והחמצן. חשוב מכך, אנו מסתמכים גם על מיקרואורגניזמים ימיים כדי לצרו?...

מושגים חדשים במחקר ביו-רפואי ובהנדסה ביו-רפואית מושפעים לעתים קרובות מזיהוי אסטרטגיות ספציפיות שיש למינים ביולוגיים כדי להתמודד עם תנאים ואתגרים סביבתיים ופיזיולוגיים. לדוגמה, הבנת תכונות הפלואורסצנטיות בגחליליות הובילה לפיתוח חיישנים פלואורסצנטיים חדשים שיכולים לדווח על פעילות תאית באורגניזמים מודל אחרים1; זיהוי תעלות יונים המופעלות על ידי אור באצות הובילה להתפתחות של תאית וטמפורלית ספציפית אור מבוסס אור-neuromodulation2,3,4,5; גילוי חלבונים שפמנון זכוכית המנווטים על פי השדה המגנטי של כדור הארץ הוביל להתפתחות של נוירומודולציה מגנטית-מבוססת6,7,8,9,10,11; הבנת רפלקס הסיפון באפליסיה סייעה להבנת הבסיס התאי להתנהגות12,13,14.
החוקרים ממשיכים להרחיב על ההנדסה הביולוגית הנוכחית וארגז הכלים הפילוגנטי על ידי ניצול נקודות החוזק הייחודיות ונקודות המבט החדשניות על פונקציות פיזיולוגיות שמינים מעבדה לא קונבנציונליים מחזיקים. סוכנויות פדרליות מתחילות לתמוך בקווי מחקר אלה על ידי מימון עבודה חדשנית המבוצעת על מינים מגוונים.
סוג אחד של בעלי חיים בעלי יכולות אנטומיה והתחדשות ייחודיות, כמו גם השליטה הסתגלותית של כל אחת מזרועותיו, ביולוגים ומהנדסים מרתקים, וקהלים שובי לב מכל חלקי החברה הוא התמנון 17. ואכן, היבטים רבים של הפיזיולוגיה וההתנהגות של התמנון נחקרו בעשורים האחרונים15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26 . עם זאת, ההתפתחויות האחרונות בביולוגיה מולקולרית ואולוציונית, רובוטיקה, הקלטת תנועה, הדמיה, למידת מכונה ואלקטרופיזיולוגיה מאיצות תגליות הקשורות לפיזיולוגיה והתנהגות תמנון ומתרגמות אותן לאסטרטגיות ביו-הנדסה חדשניות27,28,29,30,31,32,33,34,35 36,37,38,39.
כאן אנו מתארים כיצד להקים ולתחזק גידול תמנון, אשר יהיה עניין ורלוונטי למדענים ומהנדסים מרקעים שונים, תחומי עניין מדעיים, ומטרות. עם זאת, התוצאות שלנו מתמקדות ביישום תמנונים במדעי המוח ובמחקר הנדסה עצבית. לתמנון מערכת עצבים מפותחת מאוד עם 45 מיליון נוירונים במוח המרכזי, 180 מיליון נוירונים באונות האופטיות, ו-350 מיליון נוירונים נוספים בשמונת חבלי צירי וגרעינים היקפיים; לשם השוואה, לכלב יש מספר דומה של נוירונים וחתול רק חצי ממנו40. שלא כמו מערכת העצבים החולייתית, ישנם רק סיבים 32K efferent ו 140K afferent המחברים את מיליוני הנוירונים במוח התמנון למיליוני נוירונים בכל אחד מהסיבים ציריים של זרועם40,41,42. סיבים יחסית אלה יחסית מחוברים מצביעים על כך שרוב הפרטים לביצוע התוכניות המוטוריות מבוצעים בלב צירי עצמו, תוך שים דגש על השליטה העצבית המופצת באופן ייחודי שיש לתמנונים. לזרועות התמנון יש שליטה מוטורית עדינה ויוצאת דופן המאפשרת להם מיומנויות מניפולציה כגון פתיחת מכסי צנצנת, גם כאשר הם נמצאים בתוך המיכל. יכולת מוטורית מפותחת זו ייחודית לסוג של צפלופודים (תמנון, דיונון ודיונונים)43.
ואכן, באמצעות מאות מיליוני שנות אבולוציה, פיתח התמנון מערכת גנום ופיזיולוגית יוצאת דופן ומתוחכמת43,44, שהעניקה השראה להתפתחות ולהתקדמות חדשות בתחומי המדע וההנדסה. לדוגמה, תיקון דבק עמיד במים המבוסס על המבנה האנטומי של פראיירי התמנון יכול להיצמד למשטחים רטובים ויבשים45; חומר הסוואה סינתטי בהשראת עור ההסוואה של התמנון יכול להפוך משטח שטוח ודו-ממדי למשטח תלת מימדי עם בליטות ובורות46. רובוטים רכים ואוטונומיים זעירים (כלומר, אוקטובוטים) שבעתיד יוכלו לשמש ככלים כירורגיים בתוך הגוף47; וזרוע (כלומר, OctoArm) המחוברת לרובוט דמוי טנק48 פותחו גם הם. מינים רבים של תמנונים משמשים במחקר ביו-רפואי למשל, תמנון וולגאריס, תמנון סיננסיס, אוקטופוס variabilis, ו תמנון bimaculoides (O. bimaculoides); O. וולגרי ו O. bimaculoides להיות הנפוץ ביותר 34,49,50. הרצף האחרון של גנומים תמנון שונים עושה סוג זה של עניין מיוחד ופותח גבולות חדשים במחקר תמנון34,43,51,52.
O. bimaculoides המשמשים בהקמה שלנו הוא מין בגודל בינוני של תמנון, שהתגלה לראשונה בשנת 1949, שניתן למצוא במים רדודים מול חופי צפון מזרח האוקיינוס השקט ממרכז קליפורניה לדרום חצי האי באחה קליפורניה17. זה יכול להיות מזוהה על ידי כתמי עיניים כוזבים על המעטפת שלה מתחת לעיניו. בהשוואה לתמנון ענק באוקיינוס השקט (Enteroctopus dofleini) ולתמנון המשותף (O. vulgaris), התמנון הדו-ספוט של קליפורניה (O. bimaculoides) קטן יחסית, מתחיל קטן מכמה סנטימטרים, גדל במהירות כצעיר. כאשר גדל בתוך מעבדה, גודל המעטפת למבוגרים יכול לגדול לגודל ממוצע של 100 ס"מ ולשקול עד 800 g53,54. לתמנונים יש תקופת צמיחה מהירה ב-200 הימים הראשונים שלהם; עד אז, הם נחשבים למבוגרים וממשיכים לגדול לאורך כל חייהם55,56,57. תמנונים יכולים להיות קניבליסטיים, במיוחד כאשר שני המינים שוכנים יחד בתוך טנק; לכן, הם צריכים להיות שוכנים בנפרד בטנקים נפרדים58.

<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

התפתחויות רבות במחקר הביו-רפואי הושפעו מגילוי מנגנונים אנטומיים ותאיים התומכים בתפקודים ספציפיים במינים שונים. התמנון הוא אחד מאותם בעלי חיים יוצאי דופן שהעניקו למדענים תובנות חדשות על תחומי מדעי המוח, רובוטיקה, רפואה רגנרטיבית ותותבות. מחקר עם מין זה של צפלופודים דורש הקמת מתקנים מורכבים וטיפול נמרץ הן לתמנון והן למערכת האקולוגית שלו שהיא קריטית להצלחת הפרויקט. מערכת זו דורשת מערכות סינון מכניות וביולוגיות מרובות כדי לספק סביבה בטוחה ונקייה עבור החיה. יחד עם מערכת הבקרה, תחזוקה וניקוי שגרתיים מיוחדים נדרשים כדי לשמור ביעילות על המתקן פועל לטווח ארוך. מומלץ לספק סביבה מועשרת לבעלי חיים אינטליגנטיים אלה על ידי שינוי הנוף של הטנק, שילוב מגוון טרף, והכנסת משימות מאתגרות עבורם לעבוד. התוצאות שלנו כוללות MRI והדמיה אוטופלואורסצנטית לכל הגוף, כמו גם מחקרים התנהגותיים כדי להבין טוב יותר את מערכת העצבים שלהם. לתמנונים יש פיזיולוגיה ייחודית שיכולה להשפיע על תחומים רבים במחקר הביו-רפואי. לספק להם מערכת אקולוגית בת קיימא הוא הצעד המכריע הראשון בחשיפת היכולות הייחודיות שלהם.

כל בעלי החיים במחקרים שלנו הושגו מהטבע, ולכן לא ניתן היה לקבוע את גילם המדויק והשהות שלהם במעבדה הייתה משתנה. מצב תמנון נצפה מדי יום. לא ראינו טפילים, חיידקים, נזק לעור או התנהגות חריגה. המשקל הממוצע של בעלי חיים היה 170.38 +/- 77.25 גרם. כל חיה איכלסה את מיכל ה-40 גלון שלה. סטיית התקן הממוצעת ± לפרמטר?...

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

הבנת המבנים הפיזיולוגיים והאנטומיים הייחודיים של תמנונים יכולה להשפיע מאוד על המחקר הביו-רפואי. מדריך זה מדגים כיצד להקים ולתחזק סביבה ימית כדי להכיל מין זה וכולל הדמיה חדשנית וגישות אנליטיות כדי לדמיין את האנטומיה והתפקוד של מערכת העצבים של התמנון.

הקמת מערכת אקולוגית של תמנון למחקר ביו-רפואי וביו-הנדסה

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

הפרוטוקול שלנו הוא משמעותי כי הוא מנחה חוקרים על שמירה על סביבת תמנון, להסביר כיצד להקים את האקווריום, טיפול יומיומי של תמנונים. טכניקה זו מנחה חוקרים חדשים ללא חוויות טיפול בתמנון להגדיר סביבת אקווריום לתמנונים במעבדה ושמירה על תמנונים בריאים למחקר. חשוב שחוקרים חדשים עם תמנונים יבינו שבעלי חיים אלה דורשים מחויבות חזקה.הם דורשים טיפול יומיומי ואיכות המים צריכה להיות במעקב רציף במצב יציב לפני שבעלי החיים אפילו מגיעים. שבוע לאחר הבשלת מיכלי התמנון, הקימו מיכל שרימפס נפרד על ידי העברת שמונה גלונים של מים מלוחים בוגרים למיכל, ואז הוסיפו 15 ק"ג של אלמוגים כתוש לתחתית המיכל. הוסיפו גם כמה סלעים חיים כדי לספק מקומות מסתור להתכה.לאחר מכן, חבר מסנן מיכל לקצה המיכל והגדר אותו לפי הוראות היצרן. הוסף משאבת אוויר ליד המיכל המחובר לצינור עם אבן אוויר מחוברת שהונחה במיכל. ברגע שמשקעי האלמוגים המרוסקים מתפוגגים ניתן להוסיף את השרימפס למיכל, כדי להוסיף את השרימפס עם ההגעה, תחילה להעביר את השרימפס ממי המשלוח למיכל המים המלוחים המתווך הקטן במשך חמש דקות כדי להסיר פסולת ביולוגית, ואז ניתן להוסיף את השרימפס ישירות למיכל.ניתן להוסיף דגי יתושים ישירות למיכל השרימפס. להאכיל את השרימפס ואת הדגים עם פתיתי דגים, צמחייה מתה, או אצות. בכל שבוע, נקו את המסנן, החליפו את רפידות המסנן ושנו 25% מהמים.באמצעות ערכות לבדיקת מים, בדוק פרמטרים של חנקן, pH וטמפרטורה מדי יום במיכלי המזון. אם הפרמטרים של חנקן מים נשארים גבוהים, החליפו את המים בתדירות גבוהה יותר והוסיפו שקית סופגת חנקן. אם הבעיות נמשכות יותר מחודש, העבר את השרימפס למיכל גדול יותר.עבור מיכל הסרטנים, לערום 10 ק"ג של חלוקי נחל בצד אחד כדי ליצור אדמה יבשה, ולמלא את הצד השני עם גלון אחד של מים מלוחים. לאחר מכן, מוסיפים סרטני כנר ישירות למיכל. סרטנים יבלו את רוב חייהם על היבשה, אבל יכולים להיות מתחת למים במשך כמה ימים בכל פעם, מה שהופך טנק תת-מימי חלקי קריטי להישרדותם לטווח הארוך.להאכיל את סרטני הכנר פעם ביום על ידי הוספת פתיתי דגים לתוך המנה על האזור של הטנק. נקה את המיכלים כל שבוע על ידי הסרת הסרטנים תחילה ולאחר מכן שינוי 100% ממי המלח וניקוי חלוקי האבן. מניחים רכיכות דו-שנתיות ימיות, כגון צדפות ומולים, בתוך מיכל המים המלוחים התמנון.רכיכות אלה ייפתחו, מתן מנגנון סינון מים אחר. לפני הכנסת התמנון למיכל, ודא שרמות האמוניה, הניטריט והחנקות הן מתחת ל- 5, 25 ו - 10 חלקים למיליון, בהתאמה. יש משאבת יד מים זמין כדי להסיר דיו תמנון מן המיכל.שני אנשים נדרשים להליך זה. עם ההגעה, מניחים את השקית על הסקאלה ומתעדים את משקל השקית עם התמנון. הוסף אבן אוויר לשקית כדי להגדיל את חמצון המים תוך העברת החיה למיכל שלהם.למדוד את הטמפרטורה ואת המליחות של מי המשלוח ולתעד מקרים של מחלה ממושכת לאחר המשלוח. מבלי להעביר מים מהתיק למיכל, תלו את תיק התובלה מעל פינת המיכל כשהשקית שקועה חלקית במי המיכל כדי להתחיל לשנות את הטמפרטורה של תיק ההובלה. מוציאים 10% מהמים מהשקית וזורקים אותם במורד הכיור, ואז מוסיפים את אותה כמות מים מהמיכל לשקית.חוזרים על הפעולה כל 10 דקות עד שטמפרטורת המים בשקית שונה לא יותר ממעלת אחת מטמפרטורת המים במיכל. לאחר מכן, ללבוש כפפות ומניחים את שתי הידיים מתחת לתמנון כדי לספק תמיכה במהלך ההעברה. האדם השני יצטרך למשוך בעדינות את זרועות היניקה מצד השקית.ברגע שהתמנון יוצא מהשקית, העבירו אותו במהירות למים של בית הגידול החדש שלו, והעבירו כמה שפחות מים משקית המשלוח. השתמש במשאבת היד כדי להסיר כל דיו התמנון משחרר כאשר במיכל. עכשיו לשקול את השקית עם מים כדי לקבל את המשקל המשוער של החיה.במשך השבועיים הראשונים לאחר ההגעה, לפקח על הצריכה היומית של התמנון, אשר צריך להיות סביב 4 עד 8% ממשקלו. התמנון צריך להיבדק ארבע פעמים ביום. זה יכול להיות מופחת פעמיים ביום לאחר שבועיים.שקול את החיה כל שבועיים ולהתאים את צריכת המזון לפי הצורך. השתמש בערכת בדיקה למים מלוחים הזמינה מסחרית לרמות pH, אמוניה, ניטריט וחנקות. הוסיפו את כמות מי המיכל המוכוונת לערכה לארבע המבחנות המסופקות עם הערכה.כפי שצוין בערכת הבדיקה, הוסף את כמות המגיב הקלורימטרי לצינור המתאים. אם רמות האמוניה, הניטריט והחנקות הן מעל 5, 25 ו - 10 חלקים למיליון, בהתאמה, שטפו את הביומסה ממסנן הגרביים, או החליפו למסנן גרביים חדש. בנוסף, לנקות ביומסה מראש הרחפן עם מברשת ולהוסיף חיידקים ג'ינס נוספים למיכל.אם הבעיות נמשכות, ואז להחליף 25% מהמים עם מים מלוחים מתוקים. באמצעות משאבת יד, להסיר את כל סרטנים מתים פגרי שרימפס מן הטנק, כמו גם כל חומר צואה תמנון. מוציאים את כל הסרטנים החיים הנותרים מהמיכל ומעבירים אותם בחזרה למיכל האחסון.לאחר מכן, סדר מחדש חפצים גדולים בתוך המיכל. לאחר מכן, הציגו מחצית ממספר הסרטנים שהתמנון יאכל מדי יום למיכל. להאכיל שרימפס מופשר או סרטני כנר זכר קטנים לתמנונים צעירים.בהתאם לניסוי, סרטנים ושרימפס ניתן להציג בכל מקום במיכל, או לתמנון ישירות. תציע חמישה חסילונים רפאים מדי יום. כדי לספק מגוון רחב של מזון לתמנון, לתת צדפה חיה אחת או מולים פעם בשבוע, ותמיד לשמור על שלושה דגי יתושים בתוך הטנק.עבור תברואה שבועית, כבה את אורות הרחפן, המשאבה ופח האצות לפני ניקוי מערכת המשאבה, ולאחר מכן כבה את השסתום האוטומטי של המערכת לפני הסרת מים. לבסוף, להסיר את הרחפן ואת כל המים רק ממערכת sump. לשפשף קלות את פח האצות כדי להסיר את רוב הביומסה מקירותיה ולנקות את שאר אזור הסיכום עם מברשת, ולאחר מכן להסיר את מסנן הגרביים, לנקות אותו עם חומץ, ולתת לו להתייבש.לסובב עם מסנן גרביים אחר בכל שבוע, החלפה עם חדשים כל שלושה חודשים. לאחר ניקוי הביומסה מראש הרחפן, החזירו את הרחפן למערכת והתחילו למלא במי מלח. כאשר אזור המשאבה מתחיל להתמלא, הפעל שוב את כל המערכות.הפסק להוסיף מים כאשר החלק העליון האוטומטי של שסתום צף הוא במצב כבוי. מבחנה ללא יצירה היא מבחן בעל ערך להבנת תפקוד החושים, כמו גם למידת יכולות הזיכרון של תמנונים. בדיקה זו בוצעה מדי יום בשלושה תמנונים, ולקח לתמנונים ארבעה ימים בממוצע ללמוד כיצד לפתוח את המבחנה.מוצגות כאן תמונות MRI ברזולוציה מרחבית גבוהה במיוחד של המוח והזרועות של התמנון, אשר יחד, יוצרים מערכת עצבים המכילה מעל 500 מיליון נוירונים. זוהי תצוגה קורונל של הראש, מראה את המוח ואת האונות האופטיות. במבט הקורונלי של הזרועות, חבל הגרזן נראה בכל אחת משבע הזרועות, ומבט קשתי של הפראיירים מדגים מבנה עצבים היקפי מורכב.הדמיית טומוגרפיה של קריו-פלואורסצנטיות, המייצרת תמונה מורפולוגית תלת-ממדית של החיה כולה, אפשרה הדמיה של המוח ושל הפראיירים הממוקמים לאורך הזרוע באורך הגל של 470 ננומטר. מערכת העיכול מדמיינת באורכי הגל של 555 ו-640 ננומטר. לאחר שטכניקה זו פותחה, ניתן היה להשתמש בכלי למידת מכונה למעקב וסיווג תנועות התמנון.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Graphene Coatings for Biomedical Implants

ציפוי גרפן עבור שתלים ביו

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

הקמת Entomopathogens פטרייתיים כEndophytes: לקראת ההדברה ביולוגית Endophytic

 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

עיצוב פרוטאין משי משי חומרי סגסוגת עבור יישומים ביו

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

בודה חומרים פולימריים עבור יישומים ביו-הידרופובי

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

המצאה של מכאני מתכוונן ויו מתכת פיגומים עבור יישומים ביו

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

סינתזה של nanofiber קראטין מבוסס על הנדסה ביו רפואית

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

הכנה מהירה מיקס של Bioinspired ננומטריים Hydroxyapatite עבור יישומים ביו-רפואיים

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

כלי אולטראסוניות גיאן לחסום במודלים עכברים סוכרתיים

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

תוסף טכניקת הייצור עבור הזיוף נתיישב ומהירה של מבוססי הידרוג Micromachines עם רכיבים תגובה מגנטית

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