Um 3-dimensional (3D)-impresso modelo alto Throughput Zebrafish embrião põr
Summary
Aqui, apresentamos um protocolo para projetar e fabricar um embrião de zebrafish põr modelo, seguido por um procedimento detalhado sobre a utilização de tal modelo para alto throughput zebrafish embrião põr em uma placa de 96 poços.
Abstract
O peixe-zebra é que um organismo reconhecido mundialmente água doce frequentemente usada em biologia do desenvolvimento, toxicologia ambiental e humana doença campos de investigação com ele relacionada. Graças a suas características únicas, incluindo a grande fecundidade, translucidez do embrião, evolução rápida e simultânea, etc., zebrafish embriões são frequentemente utilizados para avaliação de toxicidade em larga escala de produtos químicos e drogas/compostom triagem. Um procedimento de rastreio típico envolve adulto zebrafish desova, seleção de embriões e põr os embriões em placas multi bem. A partir daí, embriões sejam sujeitos a exposição e a toxicidade do produto químico, ou a eficácia dos medicamentos/compostos pode ser avaliada relativamente rápido com base em observações fenotípicas. Entre estes processos, põr de embriões é uma das etapas mais demoradas e trabalhosas que limita o nível de produtividade. Neste protocolo, apresentamos uma inovadora abordagem que faz uso de um modelo arraying 3D-impresso juntamente com vácuo manipulação para acelerar esta etapa trabalhosa. O protocolo neste documento descreve o projeto total do modelo arraying, uma instalação experimental detalhada e procedimento passo a passo, seguido por resultados representativos. Quando implementado, essa abordagem deve provar benéfica em uma variedade de aplicações de pesquisa usando zebrafish embriões como assuntos de teste.
Introduction
Como um organismo modelo popular, o zebrafish é amplamente utilizado nos campos da medicina e toxicologia1,2,3,4. Em comparação com plataformas em vitro , zebrafish oferecem muito maior complexidade biológica que um ou dois tipos de células não podem oferecer. Além de ser um todo organismo modelo, do zebrafish grande fecundidade, rápido e simultâneo de desenvolvimento embrionário e órgão alta translucidez ter dado este vantagens exclusivas do modelo a ser usado para a toxicidade de grande escala ou drogas/composto5de triagem. As centenas de embriões produzidos por um par de zebrafish adulto cada semana superam qualquer outros modelos todo animais e tornaram apropriado para triagem de alto rendimento.
Um procedimento de rastreio típica usando zebrafish envolve uma quantidade significativa de trabalho manual, tais como adulto zebrafish desova, seleção de embriões e põr os embriões em recipientes adequados, onde eles são sujeitos a exposição através da imersão da água. O desenvolvimento dos embriões é monitorado e pontos de extremidade observáveis como anormalidade, eclodibilidade e mortalidade são muitas vezes avaliados manualmente e usados como a identificação preliminar da toxicidade de produtos químicos ou indicações da eficácia da drogas ou compostos. Para acelerar o processo de triagem, abordagens como a automatizada de imagem e análise de imagem computadorizada tem sido exploradas anteriormente. Por exemplo, microscópios com alto teor de imagem recursos foram adaptados para executar brilhante-campo automatizado ou imagens de fluorescência no zebrafish embriões em vários estágios do desenvolvimento de placas bem 384/966. Dispositivos microfluídicos juntamente com microscópios foram usados para posicionar o zebrafish larvas através de manipulação atual para a imagem latente do cérebro neurônios7. Essas abordagens podem melhorar significativamente a eficiência das aquisições de imagem em comparação com operação manual tradicional. Além disso, com grande número de imagens sendo gerada, ferramentas de análise de imagem também foram desenvolvidas para acelerar o processamento de dados, como demonstrado por Liu et al e Tu et al 8 , 9.
À medida que aumenta o nível de taxa de transferência de imagem e análise de imagem, ficou claro que o passo limitante para a seleção encontra-se no processo de preparação do zebrafish embriões para a exposição, que normalmente significa põr-los em placas de 96 ou 384 poços. Para resolver essa etapa gargalo, guiada por visão robótica foram desenvolvidos pela Mandrell et al 10 e nos11 anteriormente para substituir a movimentação manual, mas os instrumentos foram bastante sofisticado e há uma curva de aprendizagem profunda para implementar essas técnicas. Portanto, para fornecer uma abordagem de fácil de usar torna-se um fator importante para melhorar ainda mais o nível de taxa de transferência de zebrafish triagem e é o principal objetivo deste trabalho.
Neste trabalho, nós projetado e fabricado um embrião põr modelo por impressão 3D. Um modelo tão arraying foi projetado para incriminar o zebrafish embrião em poços que se encaixam com uma padrão placa de 96 poços. Em vez de selecionar embriões e põr os em poço individual um por um, um poderia executar matriz e uma armadilha de embrião todos os 96 embriões em uma placa multifoliada de uma só vez. Usando este modelo e o seguinte protocolo, um poderia aumentar significativamente a eficiência de põr os embriões em chapas multifoliadas, que em termo de aumentar a capacidade de rastreio pelo menos dez vezes, comparada a operação manual. O protocolo descrito abaixo inclui um design global para a põr o modelo, o zebrafish desova, a colheita de embriões e põr. A Figura 1 mostra a concepção global do modelo arraying. A Figura 2 mostra uma visão geral do protocolo passo a passo sobre como usar o modelo, descrito nas partes 3 e 4.
Protocol
Representative Results
Discussion
Há duas etapas críticas neste protocolo que exigem muita atenção para uma implementação bem sucedida do modelo 3D-impresso para põr o zebrafish embriões.
O fator mais importante no design do modelo arraying é a armadilha bem. Para garante há apenas um embrião preso em cada poço, um deve prestar atenção para o diâmetro e a profundidade do poço uma armadilha e o diâmetro do furo. O diâmetro recomendado é dentro de 1,5 a 2 vezes o diâmetro de um embrião típico (incluindo o c…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado pelo programa “Juventude de 1000plan”, os fundos de inicialização de Tongji University e NSFC Grant # 21607115 e 21777116 (Lin).
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).
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- 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).
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- 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).
