Method Article
* Эти авторы внесли равный вклад
Этот протокол показывает, как последовательно акцизный планарии глаз (оптические чашки) без нарушения окружающих тканей. С помощью иглы и шприца инсулина, либо один или оба глаза могут быть абляции, чтобы облегчить расследование механизмов, регулирующих регенерацию глаз, эволюцию визуальной регенерации, а также нейронную основу светоиндуцированного поведения.
В исследовании взрослых стволовых клеток и регенеративных механизмов, планарии плоских черви являются одним из основных продуктов в естественных условиях модельной системы. Это связано в значительной степени с их обильной плюрипотентных популяции стволовых клеток и способность к регенерации всех типов клеток и тканей после травм, которые были бы катастрофическими для большинства животных. В последнее время планарий завоевал популярность в качестве модели для регенерации глаз. Их способность к регенерации всему глаза (состоит из двух типов тканей: пигментные клетки и фоторецепторов) позволяет рассечения механизмов, регулирующих визуальную регенерации системы. Глаз абляция имеет несколько преимуществ по сравнению с другими методами (такими как обезглавливание или перфорация) для изучения глазных конкретных путей и механизмов, наиболее важными из которых является то, что регенерация в основном ограничиваются только тканями глаза. Цель этого видео статьи является показать, как надежно удалить планарии оптической чашки, не нарушая мозг или окружающие ткани.Обработка червей и поддержания установленной колонии также описана. Эта методика использует 31 г, 5/16-дюймовый инсулина иглы хирургическим путем выкопать оптический чашку планарий, иммобилизованных на холодную пластину. Этот метод включает в себя как одиночный и двойной абляции глаза, с глазами регенерирующих в течение 1-2 недель, что позволяет в широком диапазоне применений. В частности, этот метод абляции можно легко сочетать с фармакологическими и генетическими (РНК-интерференции) экраны для лучшего понимания регенеративных механизмов и их эволюции, стволовых клеток глаза и их содержание, а также phototaxic поведенческих реакций и их неврологической основе.
Планарии являются мощным модельным организмом для изучения клеточной регенерации взрослых стволовых. Эти непаразитарных пресноводные плоские черви обладают способностью регенерировать любые и все недостающие ткани, в том числе их центральной нервной системы и головного мозга 1. Училась еще в 1700 - х годах 2, технологические достижения в области планарий в течение последних 10-15 лет (например, виртуализированного геном, гибридизация, иммуногистохимии, РНК - интерференции (иРНК), и транскриптомика в) обновили эту историческую модель организма , В частности, планарий недавно приобрел популярность в качестве новой модели для исследования глаза 3.
Планарии имеют прототипический глаз только с двумя типов тканей, фоторецепторы нейронами и пигментными клетками; это позволило охарактеризовать ее глаз стволовых клеток населения и показал, что многие из тех же генов, регулирующих позвоночный глаз деvelopment сохраняются в планарии 4, 5. Оптические чашки расположены дорсально и состоят из белых, окрашенных пигмента дендритов нейронов фоторецепторов и пол-лунным черного пигмента клеток, а глаза иннервируют мозг с помощью зрительного перекреста. Помимо того , что модель для выяснения регенеративных процессов 6, планарии глаз хорошо подходят для изучения эволюции зрительных механизмов 7, поведенческие реакции на свет (планарий отображать отрицательный фототаксис) 8, и неврологическую основу поведения 9.
Глаз в регенерации планарий была в значительной степени изучена в двух основных контекстах: в качестве части головки регенерации следуя обезглавливание 4, 10, и после иссечения только тканей глаза 11, 12 . Большинство планарий исследования по регенерации глаз использовали метод обезглавливание, как это просто и понятно. Наиболее распространенный метод планарии глаз иссечения до настоящего времени был через отверстие пуансон с тонким стеклянной капиллярной трубкой 13, 14, хотя некоторые исследования также проводили ампутации только позади глаз (частичная декапитации) 15. Тем не менее, все эти методы предполагают потерю многих других, чем просто глаз тканей (например, мозга, кишечника, и нефридиев), потенциально усложняет интерпретацию результатов. Протокол глаз абляции, представленный здесь ограничивает иссечение в ткани глаза (в частности, за исключением головного мозга), в результате чего данные, которые являются более специфическими для глаз. Кроме того, в отличие от обезглавленных червей , которые принимают 7-14 дней , чтобы начать кормление, глазные абляции черви будут кормить в течение 24 часов абляции 12, что позволяет RNAi эксперименты (там , где иРНК доставляется через пищу) , чтобы быть performed одновременно.
Хотя глаз абляция технически сложнее, чтобы успешно выполнить, чем обезглавливание, в настоящее время исследования с участием глаз иссечение не включены подробные инструкции по их процедур. Цель этого видео статьи позволит исследователям, чтобы последовательно удалить планарии оптической чашки, не нарушая основные ткани мозга и удаления, как несколько других тканей, как это возможно. Этот метод может быть использован как для одиночного и двойного абляции глаза и применимо к широкому кругу исследований. Как и большинство анализов регенерации, глаза абляция хорошо подходят для комбинации с обеими фармакологическими и генетическими (RNAi) экранами, а также поведенческими исследованиями. Здесь мы опишем методы для обработки червей, поддерживая планарии колонию, а сама техника глаз абляции.
1. Культура животных и регулировать
Примечание: Этот протокол использует Schmidtea Mediterranea, диплоидные планарии видов с виртуализированным геномом 16, 17 , который обычно используются для исследования регенерации. Тем не менее, этот анализ в равной степени успешный с другими видами, такие как Girardia Tigrina и Girardia dorotocephala (которые являются коммерчески доступными).
2. Подготовка
3. Хирургическая аблации
Для первой 1-2 ч после операции, животные могут обладать уменьшились движение по сравнению с интактными червями (однако, они все равно будут двигаться). При желании, черви будут есть в течение 24 часов после операции (например, для кормления RNAi). Когда после регенерации глаз в одних и тех же лиц, с течением времени, не забудьте взять с фотографией каждого червя и до операции (интактной) и через 1 ч после абляции (гПа). По 4 дня после абляции (DPA) регенерирующие пигментные клетки должны быть видны, и на 14 ДПВ весь глаз будет полностью регенерированного (рис 3A-B). Это включает в себя нейроны фоторецепторов и их иннервацию к мозгу (рис 3C), а также функционального восстановления зрительной системы (рис 4A-C). Успешные абляции не будут мешать прилежащие ткани головного мозга (Рисунок 4D-E), и ввести другие травмы животного (фиг.5А). Неудачные абляциивключают животное с: чрезмерно большим иссечением , которая соединяет два глаза (рис 5б), слезы латерального края животного (рис 5C), и / или раневые участки , которые протыкать вентральный эпидермис (рис 5D). Кроме того, неудачные абляции включают неполное удаление всей глазной чаши, состоящее из двух белых непигментированных тканей и черных пигментных клеток (рис 5E-F).
Рисунок 1: подготовка хирургии. (А) Схема конструкции холодной пластины, с помощью нижней части 100 Мм Петри Петри (заполненного лед) и крышку 60 Мм Петри Петри (перевернуто на поверхности льда). (В) Схема поверхности хирургии, изготовленные из стопки (сверху вниз) белой фильтровальной бумаги, сложенные влажной ткани для очистки, и кусок парафиновой пленки.(С) Операция установки (для правой руки). А: Объем рассечения, В: моноблочной освещение, C: хирургия поверхность, D: Пельтие пластина, Е: блюдо из 5-7 мм червей готовы к абляции, F мыть бутылку червячной воды, г: палочки остального держит чистые пипетки передачи, Н: палочки остального держит иглу / шприц, я: палочки остального держа пинцет, J: контейнер дополнительных пипеток передачи. (D) Пользовательские Пельтья конфигурация пластины. (Е) Петри конфигурация холодной пластины. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 2: Положение рук и иглы / шприца во время абляции. (A) Размещение рук (для правой руки). Обратите внимание, что левый палец используется для поддержки шприца (проводитсяв правой руке), чтобы минимизировать движение. (Б) Размещение иглы по отношению к глазу червя. Обратите внимание, что скошенная поверхность иглы обращена вверх. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 3: ABLATED планарии глаза регенерируют. Морфология Schmidtea Mediterranea планарий отрастут глаза следующие (A) абляции двойной глаз и (В) один глаз абляции. (С) Иммуногистохимии показывает регенерацию нейронов фоторецепторов (анти-arrestin) после одной абляции глаз. Интактные черви показаны перед операцией, и регенерирует показаны в дни 4 и 14 после абляции. Для одиночных глаз абляции, левый глаз былblated и правый глаз служит в качестве внутреннего (неповрежденного) контроля. Красные стрелки: ABLATED глаза. Шкала бар = 100 мкм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 4: Функциональное восстановление зрительной системы после удаления. (А - С) Функциональный тест для проверки планарии светобоязнь. (А) интактные черви избежать поездок через районы света, такие как пятна от зеленого указателя лазера. (В) В 24 ч после абляции, «слепые» двойных глаза ABLATED червей проходят через световые пятна. (С) через 7 дней после абляции, двойные глаза абляции черви регенерируют их визуальную систему достаточно , чтобы восстановить свет избегания. Желтый стрелолист: аберрантное поведениеаль ответа. (Д - Е) абляция глаз ограничиваются тканями глазного бокала, и не мешает лежащей в основе ткани головного мозга. (D) Иммуногистохимия показывает архитектуру мозга (анти-синапсины) не изменяется от лица абляции до 1 ч после абляции. (Е) гематоксилин и эозин (Н & Е) окрашивание на 1 ч после абляции в поперечном сечении , показывающее повреждение в основном ограничиваются месте аблированного глазным бокалом. Правый глаз (с черными пигментными клетками) служит в качестве внутреннего контроля. Красные стрелки: ABLATED глаза. Масштабные полоски = 1 мм (AC) 1 мм, 100 мкм (DE). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 5: Клейма успешной и неуспешной абляция. (А) Успешные одиночные и двойные глаза абляции (при 5 мин после абляции) есть раны, которые примерно одинаковы по размеру первоначального глазного бокала. (B - E) Неудачные абляции: (B) слишком много ткани удаляются или рана соединяет два глаза, (С) слезами сайта раны и простирается до края, (D) рана слишком глубока и просовывает через от спинной (D) , на вентральный (D») со стороны, и (E - F) , не все из зрительных тканей чашек удалены, визуализируется как морфологический (Е) и анти-arrestin окрашивание нейронов фоторецепторов (F). Желтые стрелки: аномальная абляция. Желтые круги: абляция сайт. Шкала бар = 100 мкм. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Эта техника глаза абляции улучшает современные методы (например, перфорация) путем исключения тканей мозга и ограничения иссечения в основном для тканей глаза. С практикой, эта техника может быть выполнена большинством людей, от опытных техников в микрохирургических для неопытных, но добросовестных студентов. Рекомендуется , чтобы эта техника быть осуществлено на практике много раз перед использованием абляции в экспериментах, в том числе (когда это возможно) подтверждение полного удаления всех тканей глаза с помощью иммуногистохимии или гибридизация для глаз маркера (ов) 4, 5, 13 в. Наиболее важным шагом в этом протоколе является выкапывание из тканей. Важно, чтобы не удалить или слишком много или слишком мало ткани. Этого можно избежать, если не выкопать слишком глубоко с иглой, чтобы избежать проникающего через брюшную сторону червя. Кончик девичествеDLE должен быть вставлен только глубиной около 0,4 мм, а скошенная часть иглы никогда не должна пройти весь путь через глаз. Особое внимание следует принимать, чтобы не повредить хрупкую ткань между двумя глазами (медиальный край черной пигментированной области каждого глаза представляет границу каждого глаза). Повреждение между глазом и дистальным краем червя также следует избегать. Меньшие черви, более вероятно, чтобы сорвать или непреднамеренное травму, поэтому рекомендуется использование больших червей (в частности, для практики). Основные недостатки этого метода является то, что она относительно больших затрат времени (и не подходит для экранов с высокой пропускной способностью), и это требует первоначальных инвестиций в практику для обеспечения точности результатов. Однако, с практикой 10 глаз может быть абляции в ~ 15 мин.
Одной из основных областей для поиска неисправностей в соответствии планарий еще во время процедуры. Две основные причины червей не иммобилизованные достаточно для выполнения абляцииявляются: (а) слишком много воды, и (б) потеря холодной температуры. (A) Превышение планарии воды, бассейны на поверхности хирургии в то время как передача черви позволят червям двигаться и усложняют операцию. Поверхность хирургии (безворсовая ткань вытереть и фильтровальная бумага) должна оставаться только во влажной состоянии. Если в любой момент во время процедуры вытирать насыщается червячного водой, она должна быть либо заменены или передачи пипетки можно использовать, чтобы аккуратно удалить лишнюю жидкость из ткани протереть (всегда извлечь из протирать, а не фильтровальную бумагу). Тканевые салфетки также могут быть использованы для удаления избытка воды пулы на поверхности хирургии. Этот процесс, возможно, придется повторить несколько раз, в зависимости от количества червей время абляции. (В) При использовании чашки Петри холодной пластины установить вверх, помните, как только заменить холодную пластину, как лед начинает плавления и 60 Мм Петри Петри крышка начинает плавать. Это позволит обеспечить как стабильную хирургии поверхность и соответственно холодную поверхность. В качестве альтернативы, при использовании пластины Пельтьеустановить, иметь в виду, что после 45 мин до 1 ч использования, тепло в наружных кольцах преодолеет холодную пластину в центре и все охлаждения будут потеряны. Если это произойдет, выключите плиту Пельтье в течение 5-10 мин, чтобы позволить ему нагреться до комнатной температуры перед возобновлением абляции.
Другая область поиска неисправностей во время передачи червячной между тарелкой и поверхностью хирургии и обратно. Если ABLATED червей трудно удалить из фильтровальной бумаги, поместите каплю червячной воды на черве, пока жидкость не пулы на верхней часть фильтровальной бумаги. Черви могут быть затем засасывается в пипетки передачи, как обычно. Если проблемы сохраняются, попробуйте листать червяк на вентральной сторону первым (с помощью тупой стороны пинцета). Если червь застревает внутри пипетки передачи, обычно это признак того, что слишком много воды не было принято до (черви должны быть втянуты в пипетки передачи не дальше, чем примерно на дюйм). Чтобы удалить червь застрял в пипетках передачи, составлять 1-2 мл червячного очистаэр в пипетку, так что червь покрыт водой. Твердо Флик стороны пипетки, пока червь не отрывается от стенки пипетки и плавает.
Если игла становится тусклой, замените новую иглу / шприц. Подумайте о замене иглы после ее использования для абляции ≥30 глаза. Чрезмерное удаление резецированных тканей путем протирки салфеткой протереть может также притупить иглы, что делает более трудным абляции. Это хорошо, если резекция ткани остановиться в скошенной части иглы в течение всей процедуры (даже на нескольких животных). Всегда используйте свежую иглу / шприц при переключении между червями различных условий (например , диким типом vs. RNAi червей), а также при начале новых сеансов абляции (т.е. в разные дни).
Эта хирургическая техника глаза абляции является мощным средством, чтобы исследовать Светоиндуцированное поведение (и их генетические и неврологические основы) в планарии, в частности,в сочетании с фармакологической терапии или РНК-интерференции. Глаз абляция также является отличным средство, чтобы выяснить механизмы , которые регулируют эндогенный планарии регенерация глаз (и стволовые клетки глаза обслуживания и дифференцировку) в естественных условиях. Поскольку большинство позвоночных животных имеют очень ограниченные способности регенерировать ткани глаза, понимая, как планарии способны регенерировать свои глаза будет иметь важное значение в определении возможных механизмов для перевода в будущие терапии.
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Авторы хотели бы поблагодарить Мишел Деочанд для совершенствования этой глазной метод абляции, Тейлор Биркхольцем за помощью функционального анализа, Майкл Левин для анти-arrestin антитела и Junji Morokuma информации на пластинах Пельтье. Эта работа была поддержана грантом ГФНЫ из Университета Западного Мичигана в WSB.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Instant Ocean sea salts | Spectrum Brands | SS15-10 | "10 Gallon" box (net weight 3 lbs) |
Kimwipes EX-L lint-free tissue wipe | Kimberly-Clark | 34155 | 4.5 x 8.5 in |
Whatman #2 filter paper | Sigma | WHA1002125 | Circles, 125 mm diameter, white |
Easy Touch Insulin syringe (with needle) | Pet Health Market | 17175-04 | U-100 1 cc syringe, 31 G 5/16 in needle |
100 mm Petri dish | VWR | 25384-342 | 100 mm x 15 mm |
60 mm Petri dish | VWR | 25384-092 | 60 mm x 15 mm |
Dumont #5 forceps | Fine Science Tools | 11254-20 | Inox, straight tip , 11 cm |
Transfer pipettes | Samco Scientific | 225 | Graduated, large bulb, 7.5 mL, non sterile |
Parafilm M paraffin film | Brand | 701606 | 4 in x 125 ft roll |
12-well untreated tissue culture plate | VWR | 15705-059 | Untreated, flat bottom, sterile, Falcon brand |
Plastic food containers (for colony) | Ziploc | Large rectangle | 2.25 qt (2.12 L), 10" x 6 -3/4 " x 3 -3/16" |
Planaria (Girardia tigrina) | Carolina Biological | 132954 | Sold as "Brown" Planaria; most often they are G. tigrina (aka Dugesia tigrina), but sometimes are G. dorotocephala (aka Dugesia dorotocephala); either will work. |
Planaria (Schmidtea mediterranea) | n/a | n/a | S. mediterranea are not commercially available. At this time animals are only obtainable from laboratories that use them and have extra animals. |
Brown paper towels | Grainger | 2U229 | 9-3/16 x 9-3/8" 1-Ply Multifold Paper Towel, UNBLEACHED |
Wash bottle (for worm water), optional | VWR | 16650-275 | Wash Bottles, Low-Density Polyethylene, Wide Mouth, 500 mL |
Anti-synapsin antibody, optional | Developmental Studies Hybridoma Bank | 3C11 | Supernatant |
Anti-arrestin antibody, optional | n/a | n/a | Not commercially available. Kind gift from Michael Levin, Tufts University |
Nalgene Lowboy carboy with spigot (for storing worm water), optional | Nalge Nunc International Corporation | 2324-0015 | 15 L, polypropylene, low profile makes it easier to fill plastic colony containers |
Custom Peltier plate, optional | Williams Machine, Foxboro, MA | n/a | Design specifics courtesy of Junji Morokuma, Tufts University: Peltier plate is constructed of a standard thermoelectric heat pump (for example, All Electronics Corp Catalog # PJT-1, 30 mm2). The square heat pump is covered with a thin mirrored surface, then placed inside a 30 mm2 square hole in a circular plexiglass form (~50 mm in diameter). This form is of similar thickness to the heat pump, and fits flush into a well tooled in the center of a round heat sink (~115 mm in diameter). The form/heat pump is "anchored" to the sink with silicone base heat sink compound. The leads are threaded through holes drilled through both the form and the the heat sink. The bottom half of the heat sink is tooled into a "foot" that fits into the opening of your microscope's base plate. |
DC power source (for Peltier plate), optional | B & K Precision | 1665 | Regulated Low Voltage DC Power Supply, 1-18 V (DC), 1-10 amps. |
Other common supplies | |||
Gloves | |||
Razor blade | |||
Scissors | |||
Dissecting scope with gooseneck lighting | |||
Chopstick rests, optional |
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