Method Article
Почечная травмы, понесенные от нефротоксинов, которые включают в себя препараты, начиная от антибиотиков до химиопрепаратов, может привести к сложных расстройств, чьи патогенез остается не полностью понята. Этот протокол показывает, как данио могут быть использованы для моделирования заболеваний этих условий, которые могут быть применены к идентификации ренопротективных мер.
Почки подвержены вред от воздействия химических веществ, они отфильтровывают из крови. Это может привести к травме органа, связанного с быстрым снижением функции почек и развития клинического синдрома, известного как острое повреждение почек (AKI). Фармакологические средства, используемые для лечения медицинских условий, начиная от бактериальной инфекции, рака, при введении по отдельности или в комбинации с другими препаратами, может инициировать AKI. Рерио являются полезной животной моделью для изучения химического воздействия на функцию почек в естественных условиях, так как они образуют эмбриональной почки , состоящую из нефрона функциональных блоков, которые сохраняются с высших позвоночных, включая человека. Кроме того, данио могут быть использованы для выполнения генетических и химических экранов, которые обеспечивают возможности для выяснения клеточные и молекулярные аспекты AKI и разработки терапевтических стратегий, таких как идентификация нефропротективные молекул. Здесь мы покажем, как микроинъекции вданио эмбриона может быть использован в качестве парадигмы для исследований nephrotoxin.
AKI резкое потеря функции почек , что может привести к разрушительным последствиям для здоровья 1. AKI является серьезной проблемой здравоохранения во всем мире из - за его высокой заболеваемости примерно на 20% среди госпитализированных пациентов с еще более высокими темпами 30-50% в случаях интенсивной терапии и пожилых людей, а также показатели смертности 50-70% 1-3. К сожалению, распространенность AKI растет и, по прогнозам, к дальнейшей эскалации в течение следующего десятилетия, отчасти из-за многообразия факторов, которые могут вызвать AKI, которые включают в себя послеоперационный стресс, ишемию и подверженность воздействию нефротоксинов, таких как антибиотики и химиотерапевтические препараты 4.
AKI включает в себя внезапное повреждение клеток внутри почки, обычно встречающихся в нефронов, которые являются необходимыми функциональными единицами, и состоят из фильтра крови и сегментированным трубочку , которая стекает мочу в центральные канальцев 1. Когда значительное количество нефроновповреждения во время AKI, непосредственные эффекты включают прерывание клиренса отходов из обращения, а также снижение или отменяться потока жидкости через нефронов вследствие обструкции из мертвых и умирающих клеток 1. Со временем, трубчатая обструкция может привести к вырождению целых нефронов, которая постоянно снижает функцию почек 1. Физиологические изменения в почках следующие AKI также включать в себя сложные воспалительные явления , которые могут привести к хроническому рубцеванию 1.
Несмотря на эти результаты, нефронов имеют некоторую способность пройти регенерацию после AKI , что воссоздает трубчатый эпителий 5,6. В то время как наблюдается увеличение молекулярного понимания регенерации нефрона, механизмы остаются неуловимыми во многих отношениях и обусловливают необходимость продолжали расследование 7. Степень, в которой результаты AKI в постоянное повреждение почек также остается неизвестным. Текущие исследования показывают, восстановительный потенциал для почек являетсявысокий следующие менее серьезные случаи AKI, в то время как более выраженные или повторные эпизоды приводят к хроническим заболеванием почек (ХБП) и завершаются в терминальной стадии почечной недостаточности (ТПН) , что требует спасения жизни трансплантации или диализ 8,9. Кроме того, люди , уже страдающие от CKD находятся на еще более высокий риск заражения серьезный эпизод AKI 8,9. Взятые вместе, то ясно, что по-прежнему фундаментальные и клинические исследования имеет жизненно важное значение для понимания, лечения и профилактики AKI.
Исследования с моделями животных играет важную роль в оценивая развитие местных и экологических изменений , которые происходят во время AKI 10. Для того, чтобы расширить это понимание, а также разработать новые методы лечения, то данио модель животного была использована в различных формах 11,12. В нефронов данио почки, в обоих эмбриона и взрослого, показывают высокий уровень сохранности с млекопитающих 13-16. Кроме того, нефрона эпителиальной травмы в геbrafish напоминает процесс в высших позвоночных животных, в результате чего происходит локальное разрушение трубчатых клеток с последующим внутриканального пролиферации и восстановления нефрона архитектуры 17-19. У эмбрионов, однако, значительный ущерб трубочка от нефротоксинов как цисплатин связано с летальностью 20,21. Для сравнения, данио взрослые выживают AKI и демонстрируют существенные регенеративные способности в почках. Например, после воздействия аминогликозидов гентамицин антибиотика, данио регенерировать канальцев повреждения эпителиального и вырастить новые блоки нефрона, а 22-24. В то время как эти гентамицин-индуцированная исследования AKI предоставили ценную информацию, понимание почек ущерб от различных нефротоксинов остается критическим , чтобы оценить последствия и реакцию на различные типы повреждений 25.
Данио эмбриона, из-за его размера, прозрачности и генетической сговорчивости, имеет много преимуществ для исследований nephrotoxin 25, где метод микроинъекции 20,21 используется для администрирования молекулы (ы) для исследования. Нефронов формируются на 24 ч после оплодотворения (ФВЧ) и начинают фильтровать кровь примерно 48 HPF 26,27. Таким образом, быстрое формирование и функционирование почек эмбриона облегчает экспериментальный анализ. Тем не менее, процесс микроинъекции имеет технические проблемы, и может быть крутой кривой обучения для овладения техникой. В этом видео статье мы опишем, как выполнять микроинъекций и предоставлять советы по устранению неполадок, с тем чтобы повысить скорость успешных инъекций.
Процедуры для работы с эмбрионов данио, описанных в этом протоколе были одобрены по уходу и использованию комитета Institutional животных путем в Университете Нотр-Дам.
1. Приготовление растворов
2. Подготовка инструментов
3. Эмбрион Приготовление
4. Микроинъекция Nephrotoxin Solution
Микроинъекции станция создана включает в себя Стереомикроскоп микроманипулятор и регулятор давления (Рис . 1А) Просвечивание инъекционной пластины , предпочтительно , чтобы просмотреть образцы во время этой процедуры (Фиг.1В). Приготовление инъекционной иглы включает потянув соответствующий боросиликатного стекла, а затем готовит кромку резки и, наконец, обратно загрузкой иглы. Оптимально, кончик иглы скошена , а не тупой (рис 1C), разрез , который сделан по резко наклонив край режущего инструмента, например, тонким пинцетом, во время процедуры резки (Рисунок 1D). Эта фаска имеет решающее значение и будет в значительной степени влиять на способность аккуратно вставить иглу в данио.
В день инъекции, эмбрионы были расположены с использованием прочной, но податливый эмбрионманипуляции с инструментами (рис. 1д) Для инъекции, эмбрионы были маневрировать, таким образом, что туловище покоилась вдоль стороны лотка для инъекций , чтобы обеспечить рычаги для последующей стадии впрыска (Рисунок 1F). При введении, следует сосредоточить внимание на плоскости зрения на эмбриональном туловище для визуализации сосудов место для введения иглы , а затем наблюдать за вводимый материал попадает в циркулирующие (рис 1G).
Прозрачность данио эмбриона облегчает процедуру микроинъекции, и может быть дополнительно повышена путем PTU химической обработке при температуре 24 часов после оплодотворения , чтобы уменьшить развитие пигментации в течение типичного экспериментального временного хода (фиг.2А). Здесь образцы эмбрионов позволили разработать через стадию 72 часов после оплодотворения, а затем были либо фиктивный вводили, микроинъекции с солевым транспортным средством, или микроинъекции с 2,5 мг / мл гентамицина (фиг.2А).Последующее наблюдение в прямом эфире было проведено в одном и двух дней после инъекции, с использованием просвечивания освещения с помощью стереомикроскопа (Фигура 2В). По сравнению с фиктивных или засоленных инжектированных эмбрионов, только к гентамицину впрыскивается индивидуумы показали развитие отека (Фигура 2В), в этом случае перикардиальной отека, что указывает на отмену нормальной функциональности почек в соответствии с ранее опубликованными наблюдениями 11,20,21.
Рисунок 1. Микроинъекция приборы и инструменты. (A) Инъекции станция устанавливается с стереомикроскопа (слева), микроманипулятор и держатель иглы (средний) и регулятор давления (справа). (В) Просвечивание инжекционной плиты. (C) Слева: Тупая игла порез. Справа: скошенный срез иглы. (D) FЩипцы ап пара та используется для резки кончиков игл. (E) Манипуляции инструменты , используемые для вставки и поместите образцы в литья под давлением. (F) Эмбрионы облеченные в микроинъекции формы. Шкала бар = 0,5 мм. (G) , позиционирование иглы рядом с эмбрионом для инъекций. Шкала бар = 0,15 мм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 2. Экспериментальный график и после инъекции Отек анализа. (А) Пример nephrotoxin экспериментальной шкале времени в данио, здесь применяется к гентамицин исследования. Эмбрионы dechorionated и обрабатывают раствором PTU через 24 часа после оплодотворения (HPF). Каждый день, раствор сливают PTU и заменяли свежей средой, как указано Smalleг зеленые стрелки. На 72-HPF, эмбрионы были подвергнуты анестезии, переносили в литьевую форму, а затем обрабатывают следующим образом: фиктивный вводили или вводили либо физиологический раствор (контроль транспортного средства) или гентамицин. После того, как возрождение эмбрионов в свежей среды, наблюдались эмбрионы на 1 и 2 дня после инъекции (96 и 120 ФВЧ, соответственно) для анализа и получения изображений. (B) Верхняя часть : неинъецированных данио эмбриона. Средний: эмбрион вводят через 72 часов после оплодотворения с физиологическим раствором. Внизу: эмбрион вводят 2,5 мг / мл гентамицина. Шкала бар = 0,5 мм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Разнообразная количество терапевтических агентов были связаны с AKI 29. Там были достигнуты значительные научные успехи в понимании ущерба , индуцированный многими отдельными соединениями, такими как аминогликозиды гентамицин 30 и широко используемого химиотерапевтического цисплатин 31,32. Некоторые патологические изменения, участвующие в этих условиях, однако, остаются предметом продолжающегося исследования. Одна эмерджентное проблема остается понимание того, как несколько препаратов отрицательно влияют на пациентов, особенно в группах высокого риска , таких как те , в условиях интенсивной терапии и пожилых людей 29. Таким образом, модели, позволяющие дальнейшие исследования, основанные клеточные о влиянии наркотиков индуцированных AKI играют важную роль в улучшении обнаружения этого состояния и оценить динамические взаимодействия наркотиков.
Работа с моделями млекопитающих, таких как мыши и крысы, были неотъемлемой частью установления клеточных изменений в почках следующие AKI, бушельт одно ограничение с этими системами в том, что наблюдение прямой, в режиме реального времени ограничено из-за архитектурной сложности и внутреннего расположения органа. Проще говоря, почки не доступен для непосредственного наблюдения, что требует, чтобы лица принести в жертву, чтобы проанализировать почки. Эти ограничения могут быть противопоставлены с использованием эмбрионов данио, которые образуют простую почку двух нефронов , которые имеют консервативную структуру сегмента с других позвоночных, включая человека 33. Данио развитие происходит ех утробе матери и с незначительной пигментацией, что позволяет для прямого наблюдения за почечной органогенеза и мониторинга ответов на внешние сигналы 34. Инструменты для молекулярного анализа, такие как экспрессии генов 35-37, были использованы с высокой разрешающей способностью, чтобы определить особенности нефрогенеза 38-40. Экспериментальные манипуляции для тестирования малых молекул с помощью химических генетики хорошо зарекомендовали себя в данио и применимы к kidnEY 41-43. Действительно, в последние годы, данио были применены к модели нефротоксичность агентов , начиная от acetominophen микотоксинами и aristolochic кислоты 44-48. Важно отметить, что существуют также значительные ограничения для моделирования AKI в данио эмбриона, из-за самой простоты почечной структуры на данном этапе развития. Например, данио не подходят для адресации многофакторные взаимодействия внутри почечной ткани, которая плотно заполнена нефронов, которые окружены сложной стромы, который содержит несколько интерстициальных типов клеток, как это происходит в грызуна или человека вторичной почки. Таким образом, данио лучше всего подходят для визуализации автономных клеточных и молекулярных изменений в нефрона во время AKI.
Метод микроинъекции, описанный здесь, имея при этом крутой кривой обучения, является очень полезным для изучения как в области развития и болезненные состояния, включая нефротоксинов. Этот метод может быть использован для т.ей препараты по отдельности или в комбинации. Кроме того, инъекции могут быть выполнены в течение широкого диапазона моментов времени разработки. Аналогичный, одинаково хорошо зарекомендовавшие способ выполнения внутривенных микроинъекций в данио личинок было ранее описано Косентино, и др. 21. Одно существенное различие в их методологии, по сравнению с методами , описанными здесь, является то , что эмбрион , который будет введен иммобилизуют с использованием удерживающей пипеткой 21. Использование удерживающей пипеткой является жизнеспособной альтернативой для литья под давлением. Исследователи, которые стремятся реализовать микроинъекции как способ доставки для nephrotoxicant агентов должны быть в курсе этой альтернативы и, возможно, пожелает сравнить методы, чтобы определить, какие лично предпочтительнее, так как научиться манипулировать удерживающую пипетку таким образом, чтобы не повредить зародыш будет включать в себя практику так же, как это требует практики, чтобы успешно маневрировать и microinject с помощью простой инъекции плесени с полостью депрессии для EMBRYos.
При выполнении этой процедуры, очень важно подготовить иглы для инъекций соответствующего размера, и, чтобы сократить угол на кончике иглы, чтобы оптимизировать плавный вход и выход в эмбриональном обращении. Во время процедуры инъекции, крайне важно, чтобы контролировать объем впрыска с целью оценки согласованности доставки nephrotoxin между образцами. Периодическая оценка объема впрыска топлива с помощью микрометра может быть выполнена, если исследователь не уверен изменения объема при проведении эксперимента. Например, в связи с характером техники, кончик иглы может быть частично или полностью закупоривают с клеточного дебриса. Это осложнение может быть нейтрализованы путем очистки иглы периодически, чтобы обеспечить согласованность выбрасываемой жидкости. Кроме того, витальным красителем как феноловый красный может быть добавлен к смеси , чтобы выступать в качестве визуального маркера инъекции и помочь в мониторинге рассеивание жидкости 49,50. Кроме того, инъекции молекул трассеров может помочь ввизуализации конкретных популяций клеток, после инъекции. Для совместного введения флуоресцентных декстран фрагментов, в частности , 10 кДа декстрана конъюгатов, имеет ряд применений 16,17. В этом случае оценка интенсивности флуоресценции можно проводить сразу после процедуры для подтверждения успешного микроинъекции с минимальной утечкой. Интенсивность может быть измерена с помощью соответствующего захвата изображения фотографии , а затем пересмотрено в последующие моменты времени , чтобы измерить изменение интенсивности флуоресценции , с тем чтобы измерить почечный клиренс 51. Кроме того, реабсорбция декстрана в проксимальных канальцах обеспечивает прокси для функциональности этого сегмента нефрона 16,17.
Взятые вместе, Есть много способов , которые микроинъекции могут быть использованы для исследования AKI с данио, в частности , как эта модель дает возможность обратиться к фармакокинетики в естественных условиях. Таким образом, когда-то освоили, микроинъекции нефротоксиновв данио эмбриона обеспечивает полезную парадигму для почечных исследований.
The authors have nothing to disclose.
Эта работа была частично поддержана грантом DP2OD008470 NIH. Кроме того, оперативная память была частично поддержана за счет средств, предусмотренных в Университете Нотр-Дам Высшая школа. Мы благодарим штабы Отделения биологических наук, Центр исследований данио рерио, и Центром стволовых клеток и регенеративной медицины в Университете Нотр-Дам. Мы особенно благодарны членам лаборатории за участие дискуссии по поводу почек биологии и их полезные отзывы об этой работе.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Sodium Chloride | American Bioanalytical | AB01915 | |
Potassium Chloride | American Bioanalytical | AB01652 | |
Calcium Chloride | American Bioanalytical | AB00366 | |
N-Phenylthiourea (PTU) | Aldrich Chemistry | P7629 | |
Ethyl 3-aminobenzoate (Tricaine) | Fluka Analytical | A5040 | |
Borosilicate glass | Sutter Instruments Co. | BF100-50-10 | |
Flaming/Brown Micropipette puller | Sutter Instruments Co. | Mo. P097 | |
UltraPure Agarose | Invitrogen | 15510-027 | |
Magnesium Sulfate | Sigma-Aldrich | M7506 | |
Methylene Blue | Sigma-Aldrich | M9140 | |
Falcon Diposable Petri Dishes, Sterile, Corning: | |||
60mm x 15mm | VWR | 25373-085 | |
100mm x 15mm | VWR | 25373-100 | |
(microinjection tray) 150mm x 15mm | VWR | 25373-187 | |
Low Temperature Incubator | Fischer Scientific | 11 690 516DQ | |
Micro Dissecting Tweezer | Roboz Surgical Instruments Co. | RS-5010 | |
Micrometer | Ted Pella, Inc. | 2280-24 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены