תלת-ממדי (3D)-להדפיס תבנית עבור תפוקה גבוהה דג זברה העובר סידור במערך
Summary
כאן, אנו מציגים לפרוטוקול תכנון, הרכיבו את העובר דג זברה סידור במערך תבנית, ולאחריו נוהל מפורט על השימוש של תבנית כזו עבור תפוקה גבוהה דג זברה סידור במערך העובר לתוך צלחת 96-ובכן.
Abstract
דג זברה הוא שאורגניזם גלובלית מוכרת מים טריים משמשים לעתים קרובות ב ביולוגיה התפתחותית, טוקסיקולוגיה סביבתית, מחלות אנושיות תחומי מחקר קרובים. בזכות תכונות ייחודיות שלה, כולל פוריות גדול העובר המוגבהת, פיתוח מהיר בו זמנית, וכדומה, דג זברה עוברי משמשים לעתים קרובות להערכת רעילות בקנה מידה גדול של כימיקלים, סמים/מתחם ההקרנה. תהליך ההקרנה טיפוסי כרוך דג זברה בוגרת ההשרצה, העוברים ובחירת, סידור במערך העוברים לוחות רב טוב. משם, העוברים הם נתון חשיפה הרעילות של כימיקלים, או היעילות של התרופות/תרכובות ניתן להעריך במהירות יחסית מבוסס על תצפיות פנוטיפי. בין תהליכים אלה, העוברים סידור במערך הוא אחד הצעדים מהגידולים ועתירת ביותר אשר מגביל את רמת התפוקה. פרוטוקול זה, אנו מציגים גישה חדשנית אשר גורם השימוש של תבנית arraying מודפס 3D בשילוב עם ואקום מניפולציה כדי להאיץ את שלב מפרך. פרוטוקול במסמך זה מתאר את התכנון הכולל של התבנית arraying, הגדרת הניסוי מפורט, הליך שלב אחר שלב, ולאחריו נציג תוצאות. כאשר מיושמת, גישה זו צריך להועיל במגוון רחב של יישומי מחקר שימוש דג זברה העוברים בדיקות נושאים.
Introduction
כאורגניזם מודל פופולרי, דג זברה נעשה שימוש נרחב בתחומים של רפואה ו הרעלים1,2,3,–4. לעומת במבחנה פלטפורמות, דג זברה מציעים המורכבות הביולוגית גדול הרבה שאחד או שני סוגי תאים לא יכול להציע. מלבד היותו יצור כל דגם, פוריות גדול של דג זברה, התפתחות מהירה, בו זמנית, איברים גבוהה המוגבהת העניקו זה מודל ייחודי יתרונות לשמש רעילות בקנה מידה גדול או סמים/מתחם הקרנת5. מאות עוברי המיוצר על ידי זוג אחד של דג זברה למבוגרים בכל שבוע לעלות על דוגמניות כל בעלי חיים אחרים, הפכו אותה מתאימה להקרנה תפוקה גבוהה.
תהליך ההקרנה טיפוסי באמצעות דג זברה כרוך כמות משמעותית של עבודה ידנית, כגון דג זברה בוגרת ההשרצה, העובר בחירה, ואת סידור במערך עוברי לתוך מיכלים מתאים שבו הם נתונים לחשיפה באמצעות טבילה במי. התפתחות העוברים מנוטר, הנצפה נקודות קצה כגון תמותה, hatchability, חריגות לעיתים קרובות להעריך באופן ידני, משמש את ההזדהויות ראשוני של הרעילות של כימיקלים או סימנים של יעילות סמים או תרכובות. כדי לזרז את ההליך ההקרנה, גישות כגון הדמיה אוטומטית וניתוח תמונת המחשב בסיוע נחקרו בעבר. לדוגמה, מיקרוסקופים עם תכולה גבוהה ויכולות הדמיה הותאמו לביצוע אוטומטי בהיר-שדה או קרינה פלואורסצנטית הדמיה על דג זברה עוברי בשלבים התפתחותיים שונים 96/384 צלחות טוב6. התקנים Microfluidic בשילוב עם מיקרוסקופים שימשו כדי למקם דג זברה הזחלים באמצעות מניפולציה הנוכחי עבור הדמיה של נוירונים במוח7. גישות אלה יכול לשפר באופן משמעותי את היעילות של רכישות התמונה לעומת ידני מסורתיים. יתר על כן, עם מספר גדול של תמונות הנוצר, כלי ניתוח תמונה גם פותחו כדי להאיץ את העיבוד של הנתונים, כפי שמגלה ליו. et al. , טו. et al. 8 , 9.
רמת התפוקה הדמיה וניתוח התמונה גודלת, התברר כי הצעד הגבלת קצב להקרנה טמון בתהליך הכנת דג זברה עוברי חשיפה, אשר בדרך כלל אומר סידור במערך אותם לתוך צלחות 96 – או 384-ובכן. כדי לפתור את שלב זה צוואר בקבוק, רובוטיקה מונחה חזון פותחו על-ידי מנדרל. et al. 10 . ואנחנו11 בעבר כדי להחליף טיפול ידני אבל הכלים היו מתוחכמים למדי, יש עקומת למידה עמוקה ליישם טכניקות אלה. לכן, כדי לספק גישה נוחה לשימוש הופך להיות גורם חשוב אחד לשפר עוד יותר את רמת התפוקה של דג זברה ההקרנה היא המטרה העיקרית של עבודה זו.
בעבודה זו, אנו תוכנן, מפוברק העובר סידור במערך תבנית על-ידי הדפסת תלת-ממד. תבנית כזו arraying נועד אומללותו דג זברה העובר לתוך בארות שמתאימים עם צלחת 96-ובכן סטנדרטי. במקום בחירה העוברים ולאחר סידור במערך אותם לבאר בודדת אחת, אחד יכול לבצע העובר מלכוד ית כל העוברים 96 לתוך צלחת multiwall בבת אחת. באמצעות תבנית זו, הפרוטוקול הבא, אחד יכול להגדיל באופן משמעותי את היעילות של סידור במערך עוברי לוחות multiwall, אשר בהמונח להגביר יכולת הקרנת לפחות פי עשרה, בהשוואה באופן ידני. הפרוטוקול המתואר להלן כוללת של עיצוב כללי עבור סידור במערך תבנית, דג זברה ההשרצה, אוסף העובר וכן סידור במערך. איור 1 מציג את התכנון הכולל של התבנית arraying. איור 2 מציג מבט כולל על פרוטוקול שלב אחר שלב באמצעות התבנית שמתואר חלקים 3 ו- 4.
Protocol
Representative Results
Discussion
ישנם שני שלבים קריטיים של פרוטוקול זה מחייבות תשומת לב לביצוע הטמעה מוצלחת של הדפסת תלת-ממד תבנית עבור סידור במערך דג זברה עוברי.
הגורם החשוב ביותר על העיצוב של התבנית arraying הוא מלכוד היטב. ודואג אין היחיד העובר לכוד בתוך כל טוב, אחד צריך לשלם קרוב לב הקוטר ואת העומק של הבאר מל…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי התוכנית “1000plan הנוער”, את הכספים הפעלה מאוניברסיטת טונגג’י, ו NSFC גרנט # 21607115 21777116 (לין).
Materials
| Zebrafish Facility | Shanghai Haisheng Biotech Co., Ltd. | Z-A-S5 | |
| Mating box | Shanghai Haisheng Biotech Co., Ltd. | ||
| Wash Bottle, 500 ml | Sangon Biotech | F505001-0001 | |
| Sodium chloride | Vetec | V900058-500G | |
| Potassium Chloride | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10016318 | |
| Calcium chloride | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 20011160 | |
| Sodium bicarbonate | Vetec | v900182-500G | |
| Methylene Blue Hydrate | TCI | M0501 | |
| Hydrochloric acid | Sinopharm Chemical Reagent Co.,Ltd | 10011008 | |
| Sea Salts | Instant Ocean | SS15-10 | |
| Pipetter | Fisherbrand | 13-675M | |
| Controlled Drop Pasteur Pipet | Fisherbrand | 13-678-30 | |
| Microscope | OLYMPUS | SZ61 | |
| Biochemical incubator | Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd. | LRH-250 | |
| 3D printer | UnionTech | Lite600 | |
| Photosensitive resin | UnionTech | UTR9000 | |
| Vacuum pump | Shanghai Yukang Scientific Instrument Co., Ltd. | SHB-IIIA | |
| Adhesive PCR Plate Seals | Solarbio | YA0245 | |
| 96 well plate | Costar | 3599 | |
| Multi 8-channel pipette 30 – 300 μl | Eppendorf | 3122000.051 | |
| Compressed Gas Duster | Shanghai Zhantu Chemical Co., Ltd. | ST1005 | |
| DI Water | Thermo | GenPure Pro UV/UF | |
| Drying oven | Shanghai Yiheng Scientific Instrument Co., Ltd. | BPG-9106A | |
| System water | Water out of the facility’s water system | ||
| Egg water | Dilute 60mg “Instant Ocean” sea salts and 0.25 mg/L methylene blue in 1 L DI water | ||
| Holtfreter’s solution | Dissolve 7.0 g Sodium chloride (NaCl), 0.4 g Sodium bicarbonate (NaHCO3), 0.1 g Potassium Chloride (KCl), 0.235 g Calcium chloride (CaCl2.2H2O) in 1.9 L DI water. Adjust pH to 7 using HCl and adjust volume to 2 L using Di water |
References
- Howe, K., et al. The zebrafish reference genome sequence and its relationship to the human genome. Nature. 496 (7446), 498-503 (2013).
- Leslie, M. Zebrafish larvae could help to personalize cancer treatments. Science. 357 (6353), 745-745 (2017).
- Lin, S., et al. Understanding the Transformation, Speciation, and Hazard Potential of Copper Particles in a Model Septic Tank System Using Zebrafish to Monitor the Effluent. ACS Nano. 9 (2), 2038-2048 (2015).
- Lin, S., et al. Aspect ratio plays a role in the hazard potential of ceo2 nanoparticles in mouse lung and zebrafish gastrointestinal tract. ACS Nano. 8 (5), 4450-4464 (2014).
- Baraban, S. C., Dinday, M. T., Hortopan, G. A. Drug screening in Scn1a zebrafish mutant identifies clemizole as a potential Dravet syndrome treatment. Nature Communications. 4, (2013).
- Lin, S., et al. High content screening in zebrafish speeds up hazard ranking of transition metal oxide nanoparticles. ACS Nano. 5 (9), 7284-7295 (2011).
- Kuipers, J., Kalicharan, R. D., Wolters, A. H. G., van Ham, T. J., Giepmans, B. N. G. Large-scale Scanning Transmission electron microscopy (nanotomy) of healthy and injured zebrafish brain. Journal of Visualized Experiments. (111), (2016).
- Liu, R., et al. Automated Phenotype Recognition for Zebrafish Embryo Based In vivo High Throughput Toxicity Screening of Engineered Nano-Materials. PLoS One. 7 (4), (2012).
- Tu, X., et al. Automatic Categorization and Scoring of Solid, Part-Solid and Non-Solid Pulmonary Nodules. in CT Images with Convolutional Neural Network. Scientific Reports. 7, 8533 (2017).
- Mandrell, D., et al. Automated zebrafish chorion removal and single embryo placement: optimizing throughput of zebrafish developmental toxicity screens. Journal of Laboratory Automation. 17 (1), 66-74 (2012).
- Lin, S., Zhao, Y., Nel, A. E., Lin, S. Zebrafish: An in vivo model for nano EHS studies. Small. 9 (9-10), 1608-1618 (2013).
