Method Article
Planarian Schmidtea התיכון ונמצא היא דוגמנית מעולה ללימוד בתאי גזע והתחדשות רקמות. פרסום זה מתאר שיטה להסרת איבר אחד, הלוע, באופן סלקטיבי על ידי חשיפת לבעלי חיים אזיד הנתרן כימי. פרוטוקול זה גם מתאר שיטות לניטור הלוע התחדשות.
Planarians הם תולעים שטוחות כי הם מאוד יעילים התחדשות. הם חייבים את היכולת הזאת מספר גדול של תאי גזע יכולים להגיב במהירות לכל סוג של פגיעה. דגמים נפוצים פגיעה בבעלי חיים אלה להסיר כמויות גדולות של רקמות, אשר פוגעת באיברים רבים. כדי להתגבר על הנזק רקמות רחב, נתאר כאן שיטה להוציא איבר יחיד, הלוע, planarian Schmidtea התיכון ונמצאבאופן סלקטיבי. נוכל להשיג זאת על ידי השריית החיות בתמיסה המכילה את אזיד הנתרן מעכב ציטוכרום אוקסידאז. חשיפה קצרה אזיד הנתרן גורמת ההבלטה של הלוע של החיה, שאנו מכנים "כימי קטיעה." קטיעה כימי מסיר הלוע כולו, ויוצרת פצע קטן שבו הלוע מייחסת המעי. לאחר שטיפה נרחב, כל החיות הקטוע להתחדש הלוע באופן תקין לחלוטין בעוד כשבוע. תאי גזע בשאר חלקי הגוף כונן התחדשות של הלוע החדש. כאן, אנו מספקים מפורטת פרוטוקול עבור קטיעה כימי, ולתאר היסטולוגית והתנהגותיים שיטות להערכת קטיעה מוצלחת והתחדשות.
התחדשות היא תופעה המתרחשת בכל רחבי ממלכת החי, עם יכולות משובי החל גוף מלא התחדשות של חסרי חוליות מסוימים ליכולות מוגבל יותר חוליות1. החלפת רקמות פונקציונלי הוא תהליך מורכב, לעתים קרובות כרוך שיקום בו זמנית של מספר סוגי תאים. לדוגמה, לחדש את האיבר סלמנדרה תאי העצם, chondrocytes, נוירונים, השרירים, לתאי האפיתל צריך להיות מוחלף2. אלה סוגי תאים החדש שנוצר גם צריך להיות מאורגן כראוי כדי להקל על תפקוד האיבר החדש. הבנת התהליכים המורכבים האלה דורשת טכניקות להתמקד התחדשות של סוגי תאים מסוים ואת השתלבותם איברים.
אחת האסטרטגיות מועסק כדי לפשט את המחקר של תגובות רגנרטיבית היא אבלציה יישוב של או תא סוגים מסוימים או אוספים גדולים של רקמות. לדוגמה, בדג זברה, ביטוי של nitroreductase סוגי תאים ספציפיים שמוביל את ההרס שלהם לאחר היישום של מטרונידזול3,4. בדרוזופילה הזחלים, ביטוי גנים פרו-אפופטוטיים להיפגע תחת היזמים רקמות ספציפיות יכול באופן סלקטיבי ablate אזורים ספציפיים של דמותי דיסק5,6. של אסטרטגיות אלו גורמים נזק מהיר אך מבוקרת, והן שימשו כדי לנתח את המנגנונים המולקולריים הסלולר אחראי על התחדשות.
כתב יד זה, אנו מתארים שיטה באופן סלקטיבי ablate איבר שלם שנקרא הלוע planarian התיכון ונמצא Schmidtea. Planarians הם מודל קלאסי של התחדשות, ידועה פורה הרגנרציה שלהם, שבו שברי אפילו דקה ניתן לשחזר חיות כל 7,8. יש להם אוכלוסיה גדולה, הטרוגניות של תאי גזע המורכב תאים pluripotent והן מוגבלת לשושלת אבות9,10,11. תאים אלה להתרבות, להבדיל להחלפת רקמות חסרות כל, כולל את הלוע, מערכות עצבים, עיכול, excretory, שרירים ו בתאי אפיתל9,10,12. בזמן שאנו יודעים כי אלה בתאי גזע ליזום התחדשות, נעשה לא לגמרי להבין את המנגנונים המולקולריים להסיע אותם כדי להחליף את כל סוגי התאים הללו. שיטות ופצעו מוגדרת זה להפיק תאי גזע מדויק תגובות יכול לעזור ניסחו את התהליך המורכב הזה.
הלוע הוא צינור גדול, גלילי הדרושים עבור האכלה, מכיל נוירונים, שריר, תאי אפיתל, הפרשה13,29. בדרך כלל מוסתרים בתוך תיק. על הצד הבטני של החיה, זה מרחיב דרך גוף יחיד החיה פתיחה על חישת הנוכחות של מזון. כדי לקטוע באופן סלקטיבי הלוע, אנחנו להשרות planarians אזיד הנתרן שנקרא כימי, הרדמה נפוץ ב- C. elegans14,15,16. השימוש בו planarians דווחה לראשונה על ידי אדלר et al., ב- 201412. תוך דקות של חשיפה אזיד הנתרן, planarians ' הבלטת ממד ' pharynges שלהם, עם עצבנות עדין, הלוע לניתוק מהחיה. אנחנו מתייחסים לירידה זו בררני ושלמה של הלוע כמו "קטיעה כימי". שבוע לאחר קטיעה, הלוע תקינים הוא משוחזר12. מאחר הלוע נדרש האכלה, התחדשות פונקציונלי נמדד על ידי פיקוח על התנהגות האכילה. בהמשך נתאר את הפרוטוקול על קטיעה כימיים ועל הערכת לרגנרציה של הלוע ושיקום של האכלה התנהגות.
1. הכנה
2. הלוע קטיעה
3. הערכה של הסרת הלוע לאחר קטיעה
4. הערכה של התחדשות הלוע על ידי מדידת האכלה התנהגות
חשיפה אזיד הנתרן משבש תנועתיות רגיל planarians, גורם חיות למתוח מתפתלים. תנועות אלה כוח הלוע לצאת מן הצד הבטני של החיה, לאחר כ 6 דקות בתמיסה אזיד הנתרן, ניתן לראות את קצה לבן הלוע (איור 1B-פאנל שמאלי). כמה דקות מאוחר יותר, בעלי חיים פעיל חוזה ולהרחיב מלא הלוע על ידי בכוח דוחף אותו אל מחוץ לגוף. (איור 1B-לוח האמצעי). כ 11 דקות לאחר החשיפה אזיד, החיות, הלוע להירגע. בשלב זה, צורת פעמון האופיינית של הלוע הוא נראה בבירור (איור 1B-לוח נכון). על קטיעה קל, חשוב להמתין הלוע להירגע.
מכיוון הלוע הוא גדול, unpigmented מסה של רקמה, הסרתו תוצאות במראה של נקודה שחורה בצד הגבי של חיות הקטוע (איור 2 א). האזור החשוך הזה הוא מחוון חזותי של קטיעה מוצלחת בבעלי חיים. הנקודה היא לעין מיד לאחר קטיעה והופך להיות בולטים יותר למחרת. כפי הלוע מחדש, אזור זה מבהיר. כדי לפקח על התחדשות הלוע בצורה מדויקת יותר, בעלי חיים יכול להיות צבעונית עם דאפי או מצומדת fluorescently streptavidin בין לילה (איור 2B). באופן כמותי, כדי להעריך את היקף הלוע התחדשות באזור שלה ניתן למדוד באמצעות תוכנת ImageJ.
הלוע הוא איבר חיוני עבור בליעה chemosensation ואוכל. כדי לקבוע מתי פונקציות אלה ישוחזרו במהלך התחדשות, השתמשנו מבחני האכלה לעקוב אחר התנהגות בעלי חיים. על ידי שילוב מאכל עם ממרח כבד, היינו מסוגלים להבחין חיות שאכל מן אלו לא (איור 3 א). אנחנו מכן לכמת את מספר החיות אדום כדי להעריך את האחוז של בעלי חיים הלוע פונקציונלי. בהתבסס על תוצאות שמוצג באיור 3B, התנהגות האכילה מוצלחת שוחזר 7 ימים לאחר קטיעה, המציין כי שבוע לאחר הסרת הלוע, חיות חידש הלוע פונקציונלי. כדי לבדוק אם החשיפה אזיד הנתרן מושפעות התנהגות האכילה, אנחנו טבולים בעלי חיים אזיד הנתרן אבל שטף את זה מייד לפני הפליטה הלוע. יום אחד מאוחר יותר, אנו מוערכים אם שמחפש אוכל שונה על ידי חשיפה אזיד הנתרן עם האכלה וזמינותו. בניגוד חיות קטעו כימי חסר של הלוע, כל החיות שמירה של הלוע ללא פגע לאחר חשיפה אזיד הנתרן אכל (n = 30 חיות עבור כל תנאי) האוכל. תוצאה זו עולה כי חשיפה אזיד הנתרן אינה משפיעה על התנהגות האכילה, כל עוד הלוע נותר ללא פגע.
איור 1 . הלוע הפליטה, קטיעה. תיאור סכמטי של אנטומיה planarian (א) . (B) תמונות של בעלי חיים מציג הלוע הוצאה לספוג את אזיד הנתרן 100 מ מ. חצים אדומים לסמן את הלוע. גודל ברים = 750 מיקרומטר. (ג) התמונה של החי (משמאל) ו- (מימין) סכמטית קטיעה באמצעות מלקחיים. לוחות הצג שתי אפשרויות שונות עבור כשתפסת הלוע. צד הגחון של החיה פונה. גודל ברים = 500 מיקרומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2 . הערכה של קטיעה הלוע והתחדשות. (א) נציג תמונות של בעלי חיים-שצוין פעמים לפני ואחרי קטיעה. בחלונית האמצעית מראה הכתם האפל באזור הקאה לאחר קטיעה, מודגשת על ידי לבנה מקווקו. בצד הגבי פונה. גודל ברים = 500 מיקרומטר. (B) נציג תמונות של חיות מוכתם Alexa488-streptavidin-שצוין פעמים לפני ואחרי קטיעה. בחלונית האמצעית מראה היעדר הלוע לאחר קטיעה. אזור לועי מודגשת על ידי לבנה. הגחון צד פונה. סרגל קנה מידה = 500 מיקרומטר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3. הערכה של התחדשות הלוע. (א) תמונות, מפרטים טכניים של האכלה assay, שנערך על ידי הצבת µl 25 של הכבד במרכז של 60 מ מ פטרי. מפרטים טכניים (למעלה, משמאל), תמונה (באמצע) הצג האכלה התנהגות בבעלי חיים עם pharynges ללא פגע. נכון, תמונה עליונה של חיה זה אכל. מפרטים טכניים (משמאל למטה), תמונה (באמצע) של האכלה התנהגות בבעלי חיים 1 יום לאחר קטיעה. התחתון צודק, החיה לא אכל. סרגל קנה מידה = 750 מיקרומטר. תוצאות (B) של האכלה וזמינותו. אחוז בעלי חיים כי יש עליו לבלוע מזון (לכמת על ידי צבע אדום) במועדים ספציפיים לאחר קטיעה. עבור כל נקודת זמן, n = 10 חיות, חזר על דולר. קו שגיאה = SD. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
פרוטוקול זה מתאר שיטה של אבלציה סלקטיבי של הלוע באמצעות אזיד הנתרן. מחקרים אחרים אבלציה יישוב ב- planarians השתמשו ניתוח שונה כדי להסיר photoreceptors21 או טיפול תרופתי כדי ablate נוירונים דופאמין22. יתרון משמעותי אחד של קטיעה כימי על שיטות קיימות היא כי זה אינו מחייב ניתוח. מבנה נוקשה של הלוע בהשוואה לשאר הגוף planarian מקלה על שלה הסרה מלאה של החיה, אשר הרבה גוף רך. כמו כן, הלוע לניתוק מן החיה צומת קטן (הוושט)30 מצטרף הלוע, המעי, יצירת פצע לשחזור יותר מאשר אחד הנגרם על ידי כלי כירורגי גדול יותר. בהתבסס על סגולות ועל קטן אנטומי הצמדה לכל שאר החיות, הלוע להסרת ולכן יוצר פצעים הומוגנית יותר כריתות כירורגיות אחרות.
משך חשיפה אזיד הנתרן חיוני גם להצלחת בטכניקה זו. למרות חשיפה קצרה אזיד הנתרן לא משפיע לרעה על planarians, חשיפה ממושכת הוא רעיל, בסופו של דבר להרוג בעלי חיים. אזיד הנתרן ידוע לעכב תהליכים תלויי-אנרגיה באמצעות עיכוב של ציטוכרום אוקסידאז23,24. בנוסף, מדכאת תמלול ותרגום, סביר על ידי הצטברות של רכיבי מפתח של תגובות אלו גרגרי מתח25. ב- planarians, חשיפה אזיד הנתרן העלמת מיטוזה במשך 24 שעות, לאחר מכן לחדש תאים התפשטות12. שינויים כגון הגבלת הזמן של אזיד חשיפה, הסרת אזיד עם שטיפה יסודית, חשבונאות לדיכוי mitotic ארעי בהתווית יכול לעזור להתגבר על מגבלות אלה.
המיקום האנטומי הייחודי של הלוע בין סימטריה מוקדית האופיינית שלה מאפשרים ההבחנה קלה לאחרונה מחדש לועי רקמות מתאי גזע הקיימת מראש. הלוע התחדשות ניתן לנטר ברמות אנטומי או סלולרית באמצעות רקמות כתמים כמו streptavidin ודאפי, אימונוהיסטוכימיה, או על-ידי בחיי עיר הכלאה26. האכלה וזמינותו המתוארים כאן מבחני התחדשות פונקציונלי של הלוע. כימוטקסיס מזון דורש את הלוע27,28 , בעלי חיים ללא הלוע מתפקדת במלואה לא יכול לבלוע מזון. זה פשוט, כמותיים הערכת תפקוד האיברים משלים ולכן התחדשות מבנית. בנוסף, קטיעה כימי יכול להתבצע על אוכלוסיות של חיות, יכול ליצור בעלי חיים רבים עם פציעות זהים. ההליך ולכן נוח עבור מחקרים בקנה מידה גדול. יתרונות אלו, בשילוב עם העובדה כי חידוש הלוע בוגר דורש תאי גזע, הופך את הלוע קטיעה מודל אידיאלי ללמוד עוגב התחדשות. משתמשים בה בשילוב עם קטיעות רחבה יותר, ניתן להשתמש להסרת הלוע לבחון השערות לגבי איך גודל הפצע ואת מיקום אנטומי להשפיע את תאי הגזע בתגובה לפציעה, שהיא שאלה מפתח התחדשות שדה21.
המחברים אין לחשוף.
ברצוננו להודות אלחנדרו Sánchez אלברדו, שתמכו את אופטימיזציה הראשונית והפיתוח של טכניקה זו. העבודה במעבדה של קרולין אדלר נתמך על ידי אוניברסיטת קורנל ראשונית.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Calcium Chloride Dihydrate (CaCl2) | Fisher Chemical | C79-3 | Montjuïc salt solution |
Magnesium Sulfate Anhydrous (MgSO4) | Fisher Chemical | M65-3 | Montjuïc salt solution |
Magnesium Chloride Hexahydrate (MgCl2) | Acros/VWR | 41341-5000 | Montjuïc salt solution |
Potassium Chloride (KCl) | Acros Organics/VWR | 196770010 | Montjuïc salt solution |
Sodium Chloride (NaCl) | Acros Organics/VWR | 207790050 | Montjuïc salt solution |
Sodium Bicarbonate (NaHCO3) | Acros Organics/VWR | 123360010 | Montjuïc salt solution |
Nalgene autoclavable polypropylene copolymer lowboy with spigot | ThermoFisher Scientific/VWR | 2324-0015 | Storing planaria water |
Instant Ocean Sea Salt | Spectrum Brands | Amazon | Planaria water |
Gentamicin Sulfate | Gemini Bio-products | 400-100P | Planaria water |
Razor blades | Electron Microscopy Sciences | 71970 | Mincing liver |
Disposable pastry bags-16”, 12 pack | Wilton | Amazon | Liver aliquots |
5 mL syringes | BD/VWR | 309647 | Liver aliquots |
Petri dishes-35mm/60mm | Greiner Bio-One/VWR | 82050-536/82050-544 | |
Plastic containers (various sizes) | Ziploc | Amazon | Housing planarians in static culture |
Sodium Azide | Sigma | S2002 | |
Transfer pipette | Globe Scientific | 138030 | |
Forceps - Dumont Tweezer, Style 5 | Electron Microscopy Sciences | 72700-D (0203-5-PO) | |
Triton X-100 | Sigma | T8787 | |
DAPI | ThermoFisher | 62247 | |
Streptavidin, Alexa Fluor 488 conjugate | ThermoFisher | S11223 | |
Glycerol | Fisher BioReagents | BP229-1 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved