Electrotaxis מבוסס microfluidic לניתוח כמותי על פי דרישה של<em> Elegans Caenorhabditis</em> 'נידות
Summary
שיטת מייקרו אלקטרו fluidic חצי אוטומטית כדי לגרום לתנועה על פי דרישה ב<em> Elegans Caenorhabditis</em> מתואר. שיטה זו מבוססת על תופעת neurophysiologic של תולעים המגיבים לשדות חשמליים קלים ("electrotaxis") בתוך ערוצי microfluidic. Microfluidic electrotaxis משמש כטכניקה מהירה, רגישה, בעלות נמוכה, וניתן להרחבה למסך לגורמים המשפיעים על בריאות עצבית.
Abstract
את Caenorhabditis elegans נמטודות הוא אורגניזם מודל תכליתי למחקר ביו בגלל השימור של גנים הקשורים למחלות ושבילים, כמו גם את קלות הטיפוח שלה. כמה ג מודלים המחלה elegans כבר דיווחו, כולל הפרעות ניווניות כגון מחלת הפרקינסון (PD), הכולל ניוון של דופאמין (DA) תאי עצב 1. שני transgenes והכימיקלים neurotoxic היו בשימוש כדי לגרום לניוון מוחיה תובע וליקויי תנועה וכתוצאה מכך בתולעים, מה שמאפשר לחקירות הבסיס של ניוון מוחיים והמסכים לגנים ותרכובות 2,3 neuroprotective.
מסכים באאוקריוטים נמוכים כמו ג elegans לספק אמצעי יעיל וחסכוני לזיהוי תרכובות וגנים המשפיעים על איתות העצבית. מסכי קונבנציונליים מבוצעים בדרך כלל באופן ידני וכבש על ידי בדיקה חזותית, וכתוצאה מכך, הם זמן חסרונות- uming ונוטה לטעויות אנוש. בנוסף, רובם מתמחים בניתוח רמה תאי תוך התעלמות מתנועה, שהוא פרמטר חשוב במיוחד להפרעות תנועה.
אנחנו פיתחו מערכת microfluidic הקרנת רומן (איור 1) ששולטת ומכמת ג התנועה 'אלגנס באמצעות גירויי שדה חשמליים בתוך microchannels. אנחנו הראינו כי שדה (DC) זרם ישיר וחסונה יכול לגרום על פי דרישת תנועה לכיוון הקתודה ("electrotaxis") 4. היפוך הקוטביות של השדה גורם לתולעת להפוך את כיוונו במהירות גם כן. יש לנו גם הראו כי פגמים בעצב סנסורי דופאמין ואחרים לשנות את תגובת שחייה 5. לכן, ניתן לקבוע ליקויים באיתות העצבית באמצעות תנועה כקריאה החוצה. תגובת התנועה ניתן לכמת במדויק תוך שימוש במגוון של פרמטרים כגון שחייה מהירות, תדירות כיפוף גוף וזמן היפוך.
<p class = "jove_content"> העבודה שלנו גילתה כי תגובת electrotactic משתנה עם גיל. באופן ספציפי, הצעירים להגיב לטווח תחתון של שדות חשמליים ולנוע מהר יותר בהשוואה לזחלים 4. ממצאים אלה הובילו אותנו לעצב מכשיר microfluidic חדש למיין תולעים פסיביים על ידי גיל ופנוטיפ 6.כמו כן, אנו צריכים לבדוק את התגובה של תולעים ל DC פעם לסירוגין ושדות (AC) זרם חשמלי. שדות DC פעם של מחזורי החובה שונים electrotaxis שנוצר בצורה יעילה בשניהם ג elegans ובת דודתו ג briggsae 7. בניסוי נוסף, שדות סימטריים AC עם תדרים הנעים בין הרץ 1 עד 3 קילוהרץ משותק תולעים בתוך הערוץ 8.
יישום של השדה החשמלי בסביבת microfluidic מאפשר ביצוע מהיר ואוטומטי של assay electrotaxis. גישה זו מבטיחה להקל על מסכי גנטיים וכימיים תפוקה גבוהה עבור גורמיםהמשפיע על תפקוד וכדאיות עצביים.
Protocol
Representative Results
Discussion
ניצול של התופעה התנהגותית שתוארה לראשונה על ידי גייבל ועמיתיו ובונים על עבודת המניפולציה dielectrophoretic של צ'ואנג ועמיתים 11,12, assay electrotaxis microfluidic מבוסס שלנו מספק שיטה קלה, חזקה ורגישה לבדיקת פעילות עצבית בתולעים באמצעות תנועה כ פלט. הניתוח של פרמטרים תנועה מאפשר הש?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות למדעי הטבע והנדסת מועצת מחקר של קנדה, תכנית כיסאות מחקר בקנדה, מכון קנדי לחקר בריאות, ואונטריו משרד המחקר והחדשנות באמצעות תכנית פרס החוקרים הראשונה שלהם לתמיכה כספית.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Acetone | CALEDON Labs | 1200-1-30 | |
| Methanol | CALEDON Labs | 6700-1-30 | |
| Isopropanol | CALEDON Labs | 8600-1-40 | |
| SU-8 | Microchem Corp. | Y131273 | SU-8 100 |
| SU-8 Developer | Microchem Corp. | Y020100 | |
| 92×16 mm Petri dish | Sarstedt | 82.1473.001 | |
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning | Contains elastomer base and curing agent | |
| Function generator | Tektronix Inc. | Model AFG3022B | |
| Amplifier | Trek Inc. | Model 2210-CE | |
| Syringe pump | Harvard Apparatus | 70-4506 | Model 11 ELITE |
| Hot plate | Fisher Scientific | 11675916Q | Model HP131725Q |
References
- Kuwahara, T., Koyama, A., et al. Familial Parkinson mutant α-synuclein causes dopamine neuron dysfunction in transgenic Caenorhabditis elegans. J. Biol. Chem. 281 (1), 334-340 (2006).
- Kuwahara, T., Koyama, A., et al. A systematic RNAi screen reveals involvement of endocytic pathway in neuronal dysfunction in a-synuclein transgenic. 17 (19), 2997-3009 (2008).
- Su, L. J., Auluck, P. K., et al. Compounds from an unbiased chemical screen reverse both ER-to-Golgi trafficking defects and mitochondrial dysfunction in Parkinson’s disease models. Dis. Model Mech. 3 (3-4), 194-208 (2010).
- Rezai, P., Siddiqui, A., Selvaganapathy, P. R., Gupta, B. P. Electrotaxis of Caenorhabditis elegans in a microfluidic environment. Lab Chip. 10 (2), 220-226 (2010).
- Salam, S., Ansari, A., et al. A microfluidics set up to study neuronal degeneration and identification of neuroprotective compounds in C. elegans. , (2013).
- Rezai, P., Salam, S., Selvaganapathy, P. R., Gupta, B. P. Electrical sorting of Caenorhabditis elegans. Lab Chip. 12 (10), 1831-1840 (2012).
- Rezai, P., Salam, S., Selvaganapathy, P. R., Gupta, B. P. Effect of pulse direct current signals on electrotactic movement of nematodes Caenorhabditis elegans and Caenorhabditis briggsae. Biomicrofluidics. 5 (4), 044116 (2011).
- Rezai, P., Siddiqui, A., Selvaganapathy, P. R., Gupta, B. P. Behavior of Caenorhabditis elegans in alternating electric field and its application to their localization and control. Appl. Phys. Lett. 96 (15), 153702 (2010).
- van Ham, T. J., Thijssen, K. L., Breitling, R., Hofstra, R. M., Plasterk, R. H., Nollen, E. A. C. elegans model identifies genetic modifiers of alpha-synuclein inclusion formation during aging. PLoS Genet. 4, e1000027 (2008).
- Brenner, S. The genetics of Caenorhabditis elegans. Génétique. 77 (1), 71-94 (1974).
- Gabel, C. V., Gabel, H., Pavlichin, D., Kao, A., Clark, D. A., Samuel, A. D. Neural circuits mediate electrosensory behavior in Caenorhabditis elegans. J. Neurosci. 27 (28), 7586-7596 (2007).
- Chuang, H. -. S., Raizen, D. M., Lamb, A., Dabbish, N., Bau, H. H. Dielectrophoresis of Caenorhabditis elegans. Lab Chip. 11 (4), 599-604 (2011).
- Cronin, C. J., Mendel, J. E., Mukhtar, S., Kim, Y. -. M., Stirbl, R. C., Bruck, J., Sternberg, P. W. An automated system for measuring parameters of nematode sinusoidal movement. BMC Genet. 6, 5 (2005).
- Manière, X., Lebois, F., Matic, I., Ladoux, B., Meglio, J. -. M. D. i., Hersen, P. Running worms: C. elegans self-sorting by electrotaxis. PLoS One. 6 (2), e16637 (2011).
