Este método se basa en la inyección de 0,5 − 3 μL de solución en el tórax del pez cebra adulto. El procedimiento proporciona eficientemente proteínas y compuestos químicos en la proximidad del corazón del pez cebra sin dañar el órgano. El enfoque es adecuado para probar los efectos de factores exógenos en varios tejidos del corazón.
El corazón de pez cebra adulto proporciona un modelo poderoso en la investigación de regeneración cardíaca. Aunque la fuerza de este sistema se basa en enfoques transgénicos, una rápida entrega de factores exógenos proporciona una técnica complementaria en estudios funcionales. Aquí, presentamos un método que se basa en la administración de unos pocos microlitros de solución en la cavidad pericárdica sin causar daño miocárdico. Las inyecciones intratorácicas (TI) pueden suministrar proteínas y compuestos químicos de manera eficiente directamente sobre la superficie del corazón. Las sustancias inyectadas se difunden a través del epicardio en los tejidos cardíacos subyacentes. En comparación con las inyecciones intraperitoneal (IP), la principal ventaja de las inyecciones intratorácicas es la administración focal de los factores probados en el órgano Diana. La entrega de moléculas directamente en el pericardio es una estrategia adecuada para los estudios de preacondicionamiento cardíaco y regeneración en el pez cebra adulto.
Entre los vertebrados, el pez cebra posee una notable capacidad para regenerar sus corazones1,2. Esta capacidad se ha notificado en varios modelos de lesiones, a saber, resección del ápice ventricular, criolesión (IC) y ablación de cardiomiocitos genéticos3,4,5,6,7. Después de las lesiones invasivas, la pared dañada del ventrículo se cura de forma transitoria por el tejido fibrotico, que se sustituye progresivamente por un nuevo miocardium8,9,10,11. La respuesta de cicatrización temprana de heridas implica la activación y el reclutamiento de células inmunitarias12,13,14,15. Concomitantemente, los cardiomiocitos cerca del miocardio lesionado se activan, desdiferencian, proliferan y reemplazan progresivamente la zona lesionada dentro de 30 − 90 días16,17,18, 19. se han logrado progresos sustanciales en la descifrado de los mecanismos moleculares y celulares de regeneración cardíaca gracias a la disponibilidad de herramientas genéticas, como el análisis de rastreo de linaje celular, la sobreexpresión génica inducible, líneas de reportero de tejido fluorescente, y mutagénesis de genes CRISPR/Cas920,21.
Recientemente hemos establecido un modelo de preacondicionamiento cardíaco en el pez cebra adulto por thoracotomía22,23. El preacondicionamiento aumenta la expresión de los genes cardioprotectores y eleva la reentrada en el ciclo celular en los corazones intactos y regeneradoras. Estos procesos están asociados con el reclutamiento de células inmunitarias y la remodelación de matrices22,24. Los mecanismos de preacondicionamiento son poco entendidos, y se requiere el establecimiento de nuevas técnicas para fomentar esta área de investigación. En particular, la administración optimizada de proteínas de señalización secretadas u otros compuestos químicos es esencial para investigar más a fondo este tema.
Al tratarse de animales acuáticos, el pez cebra puede absorber naturalmente varias sustancias disueltas en el agua a través de sus branquias y su piel. Esto ofrece una posibilidad para la entrega de fármacos no invasivos a través de la inmersión de peces en soluciones con diversos productos químicos, tales como inhibidores farmacológicos, hormonas esteroides, tamoxifeno, BrdU y antibióticos. De hecho, numerosos estudios de varios laboratorios, entre ellos el nuestro25,26,27, han aprovechado este método, que es particularmente valioso en el campo de la biología regenerativa6, 28. sin embargo, este enfoque no es adecuado para la entrega de péptidos, ADN, ARN, morfolinos o moléculas con una permeabilidad limitada del tejido. En estos casos, una entrega más eficiente se logra mediante microinyección en el cuerpo, por ejemplo, insertando el capilar en el seno venoso retro-orbital, en la cavidad intraperitoneal o intrapericárdica29,30, 31. Aquí describimos un procedimiento de inyección intratorácica de una pequeña cantidad de solución, como un método adecuado para estudiar la regeneración del corazón y el preacondicionamiento en el pez cebra adulto.
Aquí, describimos un método para la entrega de compuestos y proteínas exógenas en la cavidad pericárdica con el fin de estudiar sus efectos en el corazón en el pez cebra adulto. El procedimiento se basa en la inyección intratorácica, lo que resulta en la entrega de un pequeño volumen de solución en las proximidades del órgano. Esta técnica fue desarrollada y descrita para estudiar el preacondicionamiento cardíaco y la regeneración.
El paso crítico en este procedimiento es la penetración del capilar de vidrio en la cavidad torácica. Este paso depende de tres parámetros: la rigidez y la nitidez de la punta capilar, el ángulo de penetración y el sitio de punción. Para optimizar la penetración a través de la piel, la parte extraída del capilar no debe ser demasiado larga, ya que tales agujas son demasiado flexibles y se doblan en contacto con la piel. Para evitarlo, la rigidez se puede adaptar reduciendo el tamaño de la punta con la tijera de iridectomía. Aunque el ángulo de penetración puede variar entre 30 ° y 45 °, se puede adaptar a la rigidez de la punta. De hecho, una punta delgada penetrará la piel mejor con un ángulo más estrecho.
Con el fin de optimizar la penetración de la aguja, el sitio de inserción debe estar inmediatamente por encima del corazón palpitante. El riesgo de punción cardíaca suele ser bajo que oscila entre el 5% y el 8%. La inserción de la aguja posterior al corazón aumenta el riesgo de punción cardíaca, como se ve por el sangrado mejorado. En tales casos, los animales deben ser removidos de los experimentos.
Otra fuente de problemas durante la inyección de TI se produce en el nivel capilar. De hecho, el capilar puede romperse cuando se ejercen fuerzas laterales sobre ella. Para evitar esto, la aguja debe moverse a lo largo del eje de inyección de forma recta. Ocasionalmente, el capilar puede ser bloqueado por residuos de tejido que impiden que el líquido fluya. La aguja puede desbloquearse retirando suavemente la punta mientras se inyecta. Si esto no mejora el caudal, recomendamos retirar por completo la aguja del tórax y sustituir la aguja.
Las lesiones pueden ser causadas por una aguja muy profundamente insertada en el pericardio. Con el fin de evitar lesiones en el saco pericárdico, la aguja no debe insertarse demasiado (1 − 2 mm) en el tórax. Se observaron algunas fugas cuando el volumen de inyección era mayor de 8 μL.
En el pez cebra, se desconoce la composición exacta del fluido pericárdico. Sin embargo, el volumen de la cavidad pericárdica se estima en ~ 10 μL31. Dado que el volumen del ventrículo de pez cebra adulto es de aproximadamente 1 − 2 mm3, suponemos que la cavidad pericárdica en consecuencia tiene un volumen pequeño, que debe ser considerado antes de las inyecciones. A partir de nuestros estudios preliminares, determinamos que el rango óptimo del volumen inyectado es entre 0,5 y 3 μL para peces que miden 2,5-2,8 cm (distancia desde el hocico hasta el pedúncula caudal). Este volumen se puede adaptar en función del tamaño del pez. La inyección de hasta 5 μL no induce ninguna lesión en el pez de este tamaño. Sin embargo, los volúmenes de 8 μL fueron suficientes para causar sangrado interno y abultamiento, como se muestra en la Figura 1F. Basándonos en estos datos, estimamos que una cantidad de solución mayor a 3 μL podría causar estrés físico y fisiológico en el órgano. Esta limitación deduce la necesidad de elegir una mayor concentración de moléculas en lugar de aumentar la cantidad de la solución inyectada.
Otro factor importante es la propiedad osmótica de la solución inyectada, que debe estar en el rango fisiológico. De hecho, para evitar el riesgo de estrés osmótico, recomendamos HBSS como medio de inyección.
En el pez cebra, los métodos comunes utilizados para suministrar fármacos son a través del tratamiento de agua y la inyección intraperitoneal30,35. Aunque ambas técnicas son adecuadas para muchas aplicaciones, las inyecciones de ti proporcionan ventajas experimentales y económicas, disminuyendo los riesgos de efectos secundarios sistémicos no deseados y reduciendo el uso de moléculas costosas, respectivamente. Este método puede ser adecuado para la entrega de tamoxifeno para activar el sistema transgénico CRE-ERT2 utilizado para el análisis de rastreo de linaje celular, y guiar RNAs modificados para estudios funcionales en la investigación de regeneración.
El método de inyección de IT en el pez pez cebra se ha descrito anteriormente31,36. En esos informes, las inyecciones intratorácicas se realizaron con aguja de insulina, pinchando desde el lado anterior. En contraste, nuestro protocolo presenta una estrategia alternativa con el capilar de vidrio extraído insertado desde la dirección posterior. Específicamente, nuestro enfoque tiene en cuenta la anatomía del pericardio de los peces para optimizar la inyección con un menor riesgo de punción cardíaca. Además, durante el procedimiento, el pez no está retenido por fórceps metálicos, sino por una esponja húmeda y blanda, que es un método más adecuado para evitar cualquier lesión externa del pez. Por lo tanto, el método presentado podría ser más adecuado para estudios de homeostasis cardiaca, preacondicionamiento y regeneración en el pez cebra adulto.
Las inyecciones de ti ya se han establecido en los organismos modelo de mamíferos. De hecho, este método también se ha aplicado en experimentos con cerdos y estudios clínicos en humanos37,38. En ratones, las inyecciones intramyocárdicas transtorácicas guiadas por ultrasonidos se han utilizado para desafiar su corazón39. En este artículo proponemos un protocolo detallado para facilitar el uso de la inyección de TI para el pez cebra. Esto será particularmente valioso para el campo, con el fin de complementar los enfoques genéticos en la homeostasis cardiaca, preacondicionamiento y la investigación de la regeneración.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos a V. Zimmermann por su excelente asistencia técnica y por el cuidado de los peces, D. König (Universidad de Friburgo) para la lectura crítica del manuscrito, D. Kressler (Universidad de Friburgo) en busca de ayuda con la síntesis proteica de zCNTF, F. Ruggiero (Institut de génomique Fonctionnelle de Lyon) para proporcionar el anticuerpo de ColXII, y P. Martin (Universidad de Bristol) para el anticuerpo de L-Plastina. Agradecemos el centro de imágenes y la plataforma de Proteómica de la Universidad de Friburgo. Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza, Grant número 310030_179213, y por la Schweizerische Herzstiftung (Fundación Suiza del corazón).
Hanks Balanced Salt Solution | Gibco by Life technology | 14065-056 | |
Iridectomy scissor | Roboz Surgical Instruments Co | RS-5602 | |
Macroscope (binocular) | M400 | with Apozoom | |
Micro-injector femtojet | Eppendorf | 5247 0034 77 | |
Microloaders femtotips | Eppendorf | 5242 956.003 | |
Micropipette glass needles type C | WPI | TW100F-6 | thin-wall capillary |
Micropipette puller model P-87 | Flaming/Brown | 20081016 | filament box 2.5 x 4.5 mm |
Sponge | any | any | dim. carved sponge 7cm x 3 cm x 1 cm |
Tricaine (Anestethic) | Sigma | E10521 | |
Dyes and Antibodies | Company | Catalog number | Comments |
anti-Chicken Cy5 | Jackson ImmunoResearch Laboratories | Concentration: 1 / 500 | |
anti-Guinea pig Cy5 | Jackson ImmunoResearch Laboratories | Concentration: 1 / 500 | |
anti-Rabbit Cy5 | Jackson ImmunoResearch Laboratories | Concentration: 1 / 500 | |
Chicken l-plastin | gift from P. Martin, Bristol | Concentration: 1 / 1000 | |
DAPI | Sigma | 10236276001 | Concentration: 1 / 2000 (1µg/ml); 1/100 IT injected |
Guinea pig anti-ColXII | gift from Florence Ruggerio, Lyon | Concentration: 1 / 500 | |
Phalloidin-Atto-565 (F-actin) | Sigma | 94072 | Concentration: 1 / 500 |
Phalloidin-Atto-647 (F-actin) | Sigma | 95906 | Concentration: 1 / 50 IT injected |
Rabbit anti-MCM5 | gift from Soojin Ryu, Heidelberg | Concentration: 1 / 500 | |
Stamping Ink 4K | Pelikan | 1 4k 351 197 | Concentration: 1 / 1 |
ISH probe primers | |||
Cystatin | gene number: ENSDARG00000074425 fw primer: GATTCACTGTCGGGTTTGGG Rev primer: ATTGGGTCCATGGTGACCTC |