本实验室开发了一种新的高通量自动化的成像系统,是有用的,用于检测的几个不同的行为,在7天龄的斑马鱼幼虫。该系统可用于检测幼虫后已暴露于环境的有毒物质或药品的行为的微妙的变化,。
我们已经创建了一个新的高通量成像系统行为的分析,在7日龄的斑马鱼幼虫在多车道板。该系统测量自发行为和厌恶刺激的反应,这是显示PowerPoint演示文稿的幼虫通过 。记录的图像分析与ImageJ的宏,它自动将颜色通道,减去背景,并应用一个阈值,以确定个别幼虫放置在小巷里。然后,我们可以到一个Excel工作表导入坐标量化游泳速度,优先车道的边缘或侧面,休息行为,thigmotaxis,幼虫之间的距离,和回避行为。微妙的变化,行为很容易被发现使用我们的系统,它可用于接触环境毒物或药物后的行为分析。
斑马鱼的遗传,发育和行为科学的1-4成为一种流行的模式。他们从他们的绒毛膜孵化2-3天受精后(DPF),充分发展4-5 DPF功能的器官,并表现出了大量的行为由7 DPF 5,6。斑马鱼幼虫非常适合高通量分析,因为其体积小7,8。软件是市售9-14斑马鱼幼虫和成虫的行为自动分析。然而,这种软件可以是昂贵的,具有有限的选择斑马鱼幼虫多孔板测量复杂的行为。
我们创建了一个新的高吞吐量的成像系统,是廉价的设置和可以量化7单丝旦斑马鱼幼虫15,16中的一些不同的行为。该系统使我们能够快速,高效地测试后胚胎暴露了一些微妙的行为异常药品和环境毒物16-18。
该系统的建成使用木制柜,房子在机柜顶部的一台数码相机。相机朝下柜被放置在一台笔记本电脑,屏幕朝上15的底部。时间推移成像是用来捕捉幼虫放置在小巷里。幼虫可以安装在四个多井或者多车道板被定位在笔记本电脑的屏幕的顶部。我们使用PowerPoint演示文稿作为一个厌恶刺激,幼虫回应移开,以避免向边缘(thigmotaxis)15,17和游泳。 ImageJ的图像导入自动化的宏用来分裂的颜色通道,减去背景和应用的阈值,以确定个别幼虫。坐标都列出了每个幼虫在每个图像,并可以插入一个Excel文件,我们用它来避免和thigmota量化红双喜的行为,鱼鱼类距离,游泳速度,而其余16量。
虽然我们不断地改善我们的新型行为检测,它一直是有用的检测在斑马鱼幼虫15的的避免和thigmotaxis行为。许多试验已经进行优化的化验结果,如所用颜色刺激,理想的数字幼虫每车道,长度和行为检测。以前,我们用多孔板(6孔或12孔)15,17,18。然而,最近我们已经创建了新型车道模具的幼虫,让我们聚集了大量行为的措施,在一个单一的含量16( 图5)创建一个更大的游动空间。其他修改包括显示的PowerPoint演示的变化(改变检测运动或长度)的大小(我们也有更狭窄的小巷模具)车道。
目前,这种高通量的自动化系统是独一无二的,它能够测量大范围的行为zebrafish幼虫,如速度,回避,接近其他幼虫和多车道板thigmotaxis的,在相同的时间。结果可以得到快速,在成像时,可以分析大量的幼虫。该系统是既便宜构建和快速,易于设置。这个系统的一个局限是无法评估的3-D运动在斑马鱼幼虫。跟踪成年斑马鱼的自动化系统,具有3-D的能力,并能识别范围更广的行为,例如向上或向下运动内的水柱10,19。另一个限制是,目前我们的成像系统未优化视频速度高通量分析。视频速度成像是可以将相机设置为较低的分辨率15时,但是这限制了分析,以一个单一的板块。
在使用新创建的“车道”的方法,精确地检测几个部分需要执行。当幼虫放置在t他车道,这是至关重要的,以确保液体水平很浅,直至将板定位在笔记本电脑的屏幕的顶部。如果车道得太满了液体,幼虫会逃逸到该板的外周。此外,当插入到琼脂糖模具,必须采取降低模具非常缓慢。如果模具的插入速度太快,气泡将形成在琼脂糖中,将确定的图像J宏作为额外的幼虫。据表示,如果琼脂糖车道甚至有几个气泡,最好是结交新朋友。
在未来,我们希望优化我们的行为的检测,以分析其他复杂的行为,如在斑马鱼幼虫的学习和研究如何学习可能会受到暴露在早期发展中的有毒物质和药品。我们目前正在检测分析学习行为,即行为的结果可能有助于确定哪些脑区,可能是有用的在开发过程中受到某些毒物或药物。自动检测已开发出用于测量学习行为的斑马鱼幼虫20和这些实验可能是可修正通过使用强大的回避反应在多车道板的高通量筛选。
我们建议,在今后的研究中,这种行为可以用来检测测试了大量的药品和有毒物质的发展的影响。此类研究提供了丰富的信息,对特定的风险因素,有助于制定出更好的怀孕妇女和儿童的健康和安全指引。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢肖恩Pelkowski的协助优化的行为检测。这项工作是由美国国家儿童健康和人类发展研究所,R01 HD060647和全国环境卫生科学研究所,F32 ES021342和R03 ES017755支持。
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 |