Ons laboratorium ontwikkelde een nieuwe high-throughput geautomatiseerde imaging systeem dat nuttig is voor de detectie van verschillende gedragingen in 7 dagen oude zebravis larven. Het systeem kan worden gebruikt voor het detecteren van subtiele veranderingen in het gedrag na de larven zijn blootgesteld aan milieu-toxische stoffen of geneesmiddelen.
We hebben een nieuwe high-throughput imaging systeem ontwikkeld voor de analyse van het gedrag in 7 dagen oude zebravis larven in multi-lane platen. Dit systeem meet spontane gedrag en de reactie op een aversieve stimulus, waarvan is aangetoond dat de larven via een PowerPoint-presentatie. De opgenomen beelden worden geanalyseerd met ImageJ macro die automatisch splitst de kleurkanalen, trekt de achtergrond en past een drempel voor individuele larven plaatsing in de lanen identificeren. We kunnen vervolgens importeren de coördinaten in een Excel-sheet te zwemmen snelheid, voorkeur voor rand-of zijkant van de rijbaan, het rusten gedrag, thigmotaxis, afstand tussen de larven en vermijdingsgedrag kwantificeren. Subtiele veranderingen in gedrag zijn gemakkelijk gedetecteerd met behulp van ons systeem, waardoor het nuttig voor gedragsanalyses na blootstelling aan het milieu toxische stoffen of geneesmiddelen.
Zebravis worden steeds een populair model voor genetische, ontwikkelings-en gedragswetenschappen 1-4. Zij broeden uit hun chorions met 2-3 dagen na de bevruchting (DPF), ontwikkelen van volledig functionerende organen met 4-5 dpf, en vertonen een groot aantal gedragingen door 7 dpf 5,6. Zebravis larven zijn uitermate geschikt voor hoge-doorvoer analyse vanwege hun kleine omvang 7,8. Software is commercieel beschikbaar voor geautomatiseerde analyses van het gedrag in de larvale en volwassen zebravis 9-14. Dit kan echter software duur en heeft beperkte mogelijkheden voor het meten van complex gedrag van zebravis larven in multi-well platen.
We hebben een nieuwe high-throughput imaging systeem dat goedkoop op te zetten en kan een aantal verschillende gedragingen in 7 DPF zebravis larven 15,16 kwantificeren. Het systeem kunnen we subtiele gedragsafwijkingen snel en efficiënt testen na embryonale blootstelling aan een aantalfarmaceutica en milieu toxische stoffen 16-18.
Het systeem is gebouwd met houten kasten, welk huis een digitale camera aan de bovenkant van de kast. De camera kijkt naar beneden naar de bodem van de kast waar een laptop wordt geplaatst met het scherm naar boven 15. Time lapse beeldvorming wordt gebruikt om de plaatsing van de larven in de lanen vangen. Larven kunnen worden ondergebracht in vier multi-well of meerdere rijstroken platen die boven op de laptop scherm. We maken gebruik van een PowerPoint-presentatie als een aversieve stimulus waarop de larven reageren door af te stappen (vermijding) en zwemmen naar de rand (thigmotaxis) 15,17. De afbeeldingen worden ingevoerd in ImageJ waarin een automatische macro wordt gebruikt om de kleurkanalen splitsen, aftrekken van de achtergrond, en een drempel voor individuele larven identificeren passen. Coördinaten worden weergegeven voor elke larve in elk beeld en in een Excel-bestand, die we gebruiken om te vermijden en thigmota gekwantificeerd kunnen worden ingevoegdXIS gedrag, vis tot afstand, zwemmen snelheid, en de hoeveelheid rust 16.
Terwijl wij voortdurend verbeteren van onze nieuwe gedrags-test, is het altijd nuttig geweest voor de detectie van vermijding en thigmotaxis gedrag in de zebravis larven 15. Veel studies zijn uitgevoerd om de resultaten van de assay optimaliseren, zoals kleur gebruikte stimulus, ideaal aantal larven per rijstrook en lengte van gedrags assay. Voorheen gebruikten we multi-well platen (met 6 of 12 wells) 15,17,18. Echter, onlangs hebben we de nieuwe rijstrook mal om een grotere zwemruimte voor de larven waardoor we een groter aantal gedragsmaatregelen verzamelen in een enkele assay 16 (figuur 5) te creëren gemaakt. Andere modificaties omvatten variaties van de PowerPoint getoond (gewijzigd beweging of lengte assay) en de grootte van de gebruikte lanes (we hebben ook mallen voor smallere rijstroken).
Momenteel is deze high-throughput geautomatiseerd systeem is uniek in zijn vermogen om een groot scala van gedragingen in Zebr metenafish larven tegelijk zoals snelheid, vermijding, nabijheid van andere larven, en thigmotaxis in multi-lane platen. Resultaten kunnen snel worden verkregen en een groot aantal larven kan worden geanalyseerd op het moment van de beeldvorming. Het systeem is zowel goedkoop te bouwen en snel en eenvoudig op te zetten. Een beperking van dit systeem is dat de 3-D bewegingen niet kan worden beoordeeld in de zebravis larven. Geautomatiseerde systemen die volwassen zebravissen volgen hebben de 3-D-capaciteit en kan een breder scala van gedragingen zoals beweging omhoog of omlaag binnen de waterkolom 10,19 identificeren. Een andere beperking is dat ons imaging systeem is momenteel niet geoptimaliseerd voor high-throughput analyses op video snelheid. Video snelheid beeldvorming is mogelijk bij het instellen van de camera naar een lagere resolutie 15, maar dit beperkt de analyse van een enkele plaat.
In met de nieuwe "lane"-methode, verschillende delen van de test moest worden uitgevoerd op een nauwkeurige wijze. Bij het plaatsen van de larven in tHij rijstroken, is het essentieel om ervoor te zorgen dat het vloeistofniveau is zeer ondiep totdat de platen boven op de laptop scherm. Als de rijstroken te vol vloeistof, de larven ontsnappen in de omtrek van de plaat. Bovendien, bij het plaatsen van de matrijs in de agarose, zorg moet worden genomen om de matrijs te verlagen langzaam. Als de mal te snel geplaatst, zal luchtbellen ontstaan in de agarose en worden geïdentificeerd door de Image J macro als extra larven. Het is aangeraden dat als de agarose rijstroken hebben zelfs een paar bubbels, is het het beste om nieuwe te maken.
In de toekomst willen we onze gedrags test te optimaliseren om andere complexe gedragingen zoals het leren in de zebravis larven te analyseren en te onderzoeken hoe het leren kan worden beïnvloed door blootstelling aan giftige stoffen en farmaceutische producten in de vroege ontwikkeling. We zijn momenteel bezig met testen die nuttig zijn voor de analyse van leergedrag waarin de gedrags resultaten kunnen vergemakkelijken bepalen welke hersengebieden zijn kunnenbeïnvloed door bepaalde giftige stoffen of geneesmiddelen tijdens de ontwikkeling. Geautomatiseerde assays ontwikkeld voor het meten leergedrag in zebravis larven 20 en deze assays kunnen voor high-throughput screening amendabel worden met de robuuste vermijdingsreactie in multi-lane platen.
Wij stellen voor dat deze gedrags assay kan worden gebruikt in toekomstige studies voor het testen van de effecten op de ontwikkeling van een groot aantal geneesmiddelen en toxische stoffen. Dergelijke studies zou een schat aan informatie te verstrekken over specifieke risicofactoren en dragen bij tot het instellen van een betere gezondheid en veiligheidsrichtlijnen voor zwangere vrouwen en kinderen.
The authors have nothing to disclose.
Wij danken Sean Pelkowski voor hulp bij het optimaliseren van de gedrags-assay. Dit werk werd ondersteund door het National Institute of Child Health and Human Development, R01 HD060647 en het National Institute of Environmental Health Sciences, F32 ES021342 en R03 ES017755.
Reagent | |||
Instant Ocean | That Pet Place | 198262 | |
Agarose | Fisher | BP1356-100 | |
Methylene Blue | That Pet Place | 214325 | |
Equipment | |||
One well plates | Fisher | 12-565-493 | |
Digital camera | Canon | EOS Rebel T1i | |
Imaging Cabinets | WoodCraft Towers | ||
Laptops | Acer Aspire | Any is good as long as it has a 15.6 in. LCD screen with 1366 x 768 pixel resolution and a brightness of 220 cd/m2. | |
Camera Lens | Canon | EF-S 55 – 250 mm f/4.0 – 5.6 IS zoom lens | |
Plastic diffuser | Pendaflex | 52345 | |
Software | |||
PowerPoint 2010 | Microsoft | ||
ImageJ | NIH | http://rsb.info.nih.gov/ij/ | |
Excel 2010 | Microsoft | ||
Statistical software | SPSS 20 |