Summary

مقايسة حركية بلاناية لقياس خصائص المنتجات الطبيعية ذات الخواص الحيوية

Published: May 30, 2020
doi:

Summary

يستخدم حركية بلاناريان لقياس خصائص المنشطات والانسحاب من المنتجات الطبيعية بالمقارنة مع حركة الحيوانات في مياه الينابيع وحدها.

Abstract

ويرد وصف وسيلة مباشرة، ويمكن السيطرة عليها لاستخدام غير الطفيلية، دوديسيا التيغرينا،دودة مسطحة مائية حرة المعيشة، لدراسة خصائص المنشطات والانسحاب من المنتجات الطبيعية. وقد طبقت التشايسات التجريبية التي تستفيد من جوانب فريدة من علم وظائف الأعضاء في علم وظائف الأعضاء في علم التشريح على الدراسات المتعلقة بشفاء الجروح، والتجدد، و ورم. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن المُعَدَّين لديهم لديهم حساسية تجاه مجموعة متنوعة من المحفزات البيئية، وهم قادرون على تعلم وتطوير استجابات مشروطة، يمكن استخدامها في الدراسات السلوكية التي تدرس التعلم والذاكرة. يمتلك المواطعون تناظر ثنائي أساسي ونظامًا عصبيًا مركزيًا يستخدم أنظمة عصبية قادرة على دراسة آثار المُحتَولات الحيوية العصبية العضلية. ونتيجة لذلك، تم تطوير نظم تجريبية لرصد الحركة اليافعة والحركة لفحص إدمان المواد وسحبها. لأن الحركة غير الساحلية توفر إمكانية نظام فحص حركية حساس وموحد بسهولة لمراقبة تأثير المحفزات ، تم تكييف اختبار السرعة الحركية (pLmV) لرصد كل من التحفيز وسلوكيات الانسحاب من قبل الوسطاء من خلال تحديد عدد خطوط الشبكة التي عبرتها الحيوانات مع مرور الوقت. هنا ، يتم توضيح التقنية وتطبيقها وشرحها.

Introduction

ويستخدم البروتوكول الموصوف الحركة الوازمية لتوفير وسيلة لتقييم آثار المواد الطبيعية المعدلة بيولوجياً. وقد تم تكييفها على وجه التحديد لتحديد ما إذا كانت هذه المواد تعمل كمنشطات، وإذا كانت مرتبطة بعد ذلك بسلوك انسحاب قابل للقياس1. هذا الفحص، والمعروف باسم اختبار السرعة الحركية غير الساحلية (pLmV)، تم استخدامه لأول مرة لاختبار العوامل الدوائية المعروفة2،3. وقد نما تطبيق هذا التحليل القائم على الحركة الواهية منذ ذلك الحين في شعبيته واعتمد من قبل مختبرات مختلفة مهتمة بمواد أخرى غير المنتجات الطبيعية4,5. لهذا الفحص، يتم وضع بلانكاري في طبق بيتري يحتوي على مياه الينابيع أو مياه الينابيع التي تحتوي على مودولاتور حيوي مذاب. لأن الطبق نفسه يوضع على ورق الرسم البياني، يمكن استخدام عدد خطوط الشبكة التي يعبرها الحيوان مع مرور الوقت أثناء تحركه حول الحاوية لتحديد معدل الحركة في كل حالة. اختبار الضوء / الظلام ، وإلا يشار إليه باسم اختبار تفضيل المكان المشروط (CPP) ، هو اختلاف آخر حول موضوع مراقبة الحركة المحيطية ، ويقيّم مدى سرعة استجابة الحيوانات والهجرة إلى بيئة مظلمة6،7. ويمكن أيضا أن تتبع الفيديو من الحركات االبارانية يمكن تحليلها باستخدام برامج الكمبيوتر ومركز الكتلة (كوم) تتبع8،9،10،11.

استخدام planarian كنموذج حيواني لمثل هذه الدراسات يقدم العديد من المزايا على الحيوانات الأخرى في أن المجرب يمكن بسهولة السيطرة على بيئة الفحص. على وجه التحديد ، يمكن أن تجويع planarians قبل التجريب منع تعرضهم لغيرها من العوامل الغذائية أو الدوائية التي قد تربك النتائج ، ويمكن إدخال مودولاتور محدد قيد التحقيق إلى planarians ببساطة عن طريق إضافته مباشرة إلى المياه الثقافة ، وبالتالي توحيد التعرض. منذ لديها الجهاز العصبي والناقلات العصبية التي تذكرنا ‘أعلى من أجل’ الحيوانات، وعلم وظائف الأعضاء والاستجابات التجريبية لهذه الحيوانات إلى المحفزات العصبية العضلية تعتبر ذات الصلة بيولوجيا إلى الكائنات الحية الأخرى12,13,14,15,16. أيضا، لأن غير مكلفة نسبيا وs-1311 غير مكلفة نسبيا ومباشرة للحفاظ على في المختبر، أنها توفر نموذجا بيولوجيا يمكن الوصول إليها لكثير من المحققين.

كما تجريبي، planarians هي مناسبة لمجموعة واسعة من الدراسات. على سبيل المثال، مجموعتنا، فضلا عن غيرها من المحققين استخدام الباريتاريون لدراسة ورمريجنيس17،18،19. كما يعرض الـ Planarians أيضًا مجموعة من سلوكيات الاستجابة للمحفزات الكيميائية والحرارية والجاذبية والكهربائية والصورة والمغناطيسية التي شكلت أساس أنظمة فحص أخرى. وقد استخدمت بعض هذه الآثار لدراسة التعلم والذاكرة في هذه الحيوانات20،21،22،23،24،25،26،27. الاستخدام الأولي للنموذج اللانطاري في الأدب في الوقت الحاضر يركز على نشاط الخلايا الجذعية متعددة القدرات، ودعا neoblasts، ودورها في تجديد28،29،30. وهكذا، فإن اعتماد النموذج الموصوف هنا يسمح بمزيد من الدراسة باستخدام مقايسات أخرى قائمة على أساس من االشماحي لتوفير فهم أوسع لكيفية تأثير المنتجات الطبيعية وغيرها من المواد الحيوية على الكائن الحي.

Protocol

1- تربية تربية بلاناري استخدام الـ planarians المشتراة من شركة إمدادات بيولوجية أو البرية اشتعلت إذا لزم الأمر. و”البلاوناريين” المستخدمين في هذا البروتوكول هم “دوغسيا تيغرينا” (Dugesia tigrina)كما هو مدرج في قائمة التوريد. ويشار أيضا إلى هذا النوع باسم جيرارديا التيغرينا31. …

Representative Results

وينبغي أن يكتمل إعداد وإعداد المختبرات لمساحة العمل لتشغيل مقايسة pLmV قبل بدء التجريب. وهذا يشمل إعداد حاوية التعود، شطف الحاوية إذا لزم الأمر (لتجارب الانسحاب)، طبق بيتري على ورق الشبكة مغلفة، ووضع الكاميرا بشكل صحيح (الشكل 1). وبمجرد أخذ جميع مقاطع الفيديو، يُنصح باستخدام …

Discussion

يوصف مقايسة حركية حركية مباشرة ويمكن الوصول إليها لتحديد آثار المنشطات والانسحاب من المنتجات الطبيعية. كنموذج سلوكي من الضروري أن يكون لديك بروتوكولات صارمة لتسجيل الحركة وتعريفات واضحة لأي سلوك لتوحيد الملاحظات بين المجربين المختلفين. وتقدم الأفكار المقدمة دليلا على كيفية تحقيق ذلك. و…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

يرغب المؤلفان في الإشادة بمكتب التقدم المؤسسي، ومؤسسة كلية موريسفل للحصول على منحة منشور لدعم هذا العمل، وكذلك برنامج دخول جامعة SUNY Morrisville للعلوم والتكنولوجيا (CSTEP) على مساعدتهم المستمرة ودعمهم للبحوث الجامعية في SUNY Morrisville. ونود أيضا أن نشكر صوفيا هوتشنز على تعليقات مفيدة على الأسلوب الموصوف.

Materials

Bottled Water – 1 Gal. Poland Spring N/A Spring water for planarian culture and to prepare solutions
Brown Planaria (Dugesia tigrina) Carolina Biological Supply Company 132954 Brown planaria living (other species are acceptable)
Flat Paintbrush Royal Crafter's Choice 9159 Flat watercolor paintbrushes for cleaning planarian culture containers
Glass Petri Dish – 10 cm Kimax N/A 10 cm diameter (glass) Petri dishes for pLmV assay
Glass Petri Dish – 5 cm Kimax N/A 5 cm and Petri dishes for rinsing planarians during withdrawal experiments and for stimulant habituation
Grid Paper Any N/A Standard 0.5 cm grid paper for pLmV assay
iPEVO Visualizer (software) iPEVO https://www.ipevo.com/software/visualizer Document camera software for video capture and recording
Metalware Set with Support Stand and Retort Ring Any N/A Standard chemistry lab ring stand to hold a cell phone camera if used
Organic Egg Any N/A Organic egg or beef liver for feeding planarains
Polycarbonate Bottle w/ Screw-on Cap – 10 mL Beckman N/A Plastic vials to hold 5 to 10 mL volumes for stimulant habituation
Round Storage Container – 10 cm Ziploc N/A 10 cm Round food storage containers for approximately 90 planarians or fewer
Round Water Paint Brush LOEW-Cornell N/A Small round watercolor paint brushes (numbers 3 to 6) – soft
Transfer Pipette Any N/A Wide bore (5 mL) plastic transfer pipettes to move planarians
USB Document Camera iPEVO CDVU-06IP Document camera (or other camera or cell phone camera)

Referencias

  1. Moustakas, D. Guarana provides additional stimulation over caffeine alone in the planarian model. PloS One. 10 (4), 0123310 (2015).
  2. Raffa, R. B., Valdez, J. M. Cocaine withdrawal in Planaria. European Journal of Pharmacology. 430 (1), 143-145 (2001).
  3. Raffa, R. B., Holland, L. J., Schulingkamp, R. J. Quantitative assessment of dopamine D2 antagonist activity using invertebrate (Planaria) locomotion as a functional endpoint. Journal of Pharmacology and Toxicological Methods. 45 (3), 223-226 (2001).
  4. Thumé, I. S., Frizzo, M. E. Sertraline induces toxicity and behavioral alternations in planarians. Biomedical Research International. 2017, 5792621 (2017).
  5. Aggarwal, S., et al. Identification of a novel allosteric modulator of the human dopamine transporter. ACS Chemical Neuroscience. 10 (8), 3718-3730 (2019).
  6. Zhang, C., Tallarida, C. S., Raffa, R. B., Rawls, S. M. Sucrose produces withdrawal and dompamine-sensitive reinforcing effects in planarians. Physiology & Behavior. , 8-13 (2013).
  7. Zewde, A. M., et al. PLDT (planarian light/dark test): an invertebrate assay to quantify defensive responding and study anxiety-like effects. Journal of Neuroscience Methods. 293, 284-288 (2018).
  8. Risse, B., Otto, N., Berh, D., Jiang, X., Klämbt, C. FIM Imaging and FIMtrack: two new tools allowing high-throughput and cost effective locomotion analysis. Journal of Visualized Experiments. (94), e52207 (2014).
  9. Inoue, T., Hoshino, H., Yamashita, T., Shimoyama, S., Agata, K. Planarian shows decision-making behavior in response to multiple stimuli by integrative brain function. Zoological Letters. 1, 7 (2015).
  10. Hastrom, D., Cochet-Escartin, O., Zhang, S., Khuu, C., Collins, E. M. S. Freshwater planarians as an alternative animal model for neurotoxicology. Toxicological Sciences. 147 (1), 270-285 (2015).
  11. Risse, B., Berh, D., Otto, N., Klämbt, C., Jiang, X. FIMtrack: an open source tracking and locomotion analysis software for small animals. PLoS One Computational Biology. 13 (5), 100553 (2017).
  12. Pagán, O. R. Planaria: an animal model that integrates development, regeneration and pharmacology. International Journal of Developmental Biology. 61, 519-529 (2017).
  13. Palladini, G. A pharmacological study of cocaine activity in planaria. Comparative Biochemistry and Physiology. 115 (1), 41-45 (1996).
  14. Buttarelli, F. R., Pellicano, C., Pontieri, F. E. Neuropharmacology and behavior in planarians: translation to mammals. Comparative Biochemistry and Physiology Part C. Toxicology & Pharmacology. 147 (4), 399-408 (2008).
  15. Nishimura, K., et al. Identification of glutamic acid decarboxylase gene and distribution of GABAergeric nervous system in the planarian Dugesia japonica. Neurociencias. 153 (4), 1103-1114 (2008).
  16. Raffa, R. B., Rawls, S. M. . A model for drug action and abuse. , (2008).
  17. Hall, F., Morita, M., Best, J. B. neoplastic transformation in the planarian: I cocarcinogenesis and histopathology. The Journal of Experimental Zoology. 240 (2), 211-227 (1986).
  18. Voura, E. B., et al. Planarians as models of cadmium-induced neoplasia provide measurable benchmarks for mechanistic studies. Ecotoxicology and Environmental Safety. 142, 544-554 (2017).
  19. Van Roten, A., et al. A carcinogenic trigger to study the function of tumor suppressor genes in Schmedtea mediterranea. Disease Models and Mechanisms. 11 (9), 032573 (2018).
  20. Mason, P. R. Chemo-klino-kinesis in planarian food location. Animal Behaviour. 23 (2), 460-469 (1975).
  21. Van Huizen, A. V., et al. Weak magnetic fields alter stem cell-mediated growth. Science Advances. 5 (1), 7201 (2019).
  22. Brown, H. M., Ogden, T. E. The electrical response of the planarian ocellus. Journal of General Physiology. 51 (2), 255-260 (1968).
  23. Inoue, T., Yamashita, T., Agata, K. Thermosensory signaling by TRPM is processed by brain serotonergic neurons to produce planarian thermotaxis. The Journal of Neuroscience. 34 (47), 15701-15714 (2014).
  24. Byrne, T. Effects of ethanol on negative phototaxis and motility in brown planarians (Dugesia tigrina). Neuroscience Letters. 685, 102-108 (2018).
  25. de Sousa, N., et al. Transcriptomic analysis of planarians under simulated microgravity or 8g demonstrates that alteration of gravity induces genomic and cellular alterations that could facilitate tumoral transformation. International Journal of Molecular Sciences. 20 (3), 720 (2019).
  26. Best, J. B., Rubinstein, I. Maze learning and associated behavior in planaria. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 55, 560-566 (1962).
  27. Shomrat, T., Levin, M. An automated training paradigm reveals long-term memory in planarians and its persistence through head regeneration. The Journal Experimental Biology. 216, 3799-3810 (2013).
  28. Robarts-Galbraith, R. H., Newmark, P. A. On the organ trail: insights into organ regeneration in the planarian. Current Opinion in Genetics & Development. 32, 37-46 (2015).
  29. Ivancovic, M., et al. Model systems for regeneration: planarians. Development. 146 (17), 167684 (2019).
  30. Herath, S., Lobo, D. Cross-inhibition of Turing patterns explains the self-organized regulatory mechanism of planarian fission. Journal of Theoretical Biology. 485, 110042 (2019).
  31. Itoh, M. T., Shinozawa, T., Sumi, Y. Circadian rhythms of melatonin-synthesizing enzyme activities and melatonin levels in planarians. Brain Research. 830 (1), 165-173 (1999).
  32. Itoh, M. T., Igarashi, J. Circadian rhythm of serotonin levels in planarians. Neuroreports. 11 (3), 473-476 (2000).
  33. Hinrichsen, R. D., et al. Photosensitivity and motility in planarian Schmedtea mediterranea vary diurnally. Chronobiology International. 36 (12), 1789-1793 (2019).
  34. Raffa, R. B., Desai, P. Description and quantification of cocaine withdrawal signs in planaria. Brain Research. 1032 (1-2), 200-202 (2005).
  35. Pagán, O. R., et al. A cembranoid from tobacco prevents the expression of induced withdrawal behavior in planarian worms. European Journal of Pharmacology. 615 (1-3), 118-124 (2009).
  36. Rawls, S. M., Patil, T., Yuvasheva, E., Raffa, R. B. First evidence that drugs of abuse produce behavioral sensitization and cross-sensitization in planarians. Behavioural Pharmacology. 21 (4), 301-313 (2010).
  37. Venturini, G., et al. A pharmacological study of dopaminergic receptors in planaria. Neuropharmacology. 28 (12), 1377-1382 (1989).
  38. Ouyang, K., et al. Behavioral effects of Spenda, Equal and sucrose: Clues from planarians on sweeteners. Neuroscience Letters. 636, 213-217 (2017).
  39. Pagán, O. R., Montgomery, E., Deats, S., Bach, D., Baker, D. Evidence of nicotine-induced, curare-sensitive, behavior in planarians. Neurochemical Research. 40 (10), 2087-2090 (2015).
  40. Shibata, N., Agata, K. RNA interference in planarians: feeding and injection of synthetic dsRNA. Methods in Molecular Biology. 1774, 455-466 (2018).
  41. Pagán, O. R., et al. Reversal of cocaine-induced planarian behavior by parthenolide and related sesquiterpene lactones. Pharmacology Biochemistry and Behavior. 89 (2), 160-170 (2008).
  42. Vouga, A., et al. Stereochemistry and neuropharmacology of a ‘bath salt’ cathinone: S-enantiomer of mephedrone reduces cocaine-induced reward and withdrawal in invertebrates. Neuropharmacology. 91, 109-116 (2015).
  43. Chan, J. D., Marchant, J. S. Pharmacological and functional genetic assays to manipulate regeneration of the planarian Dugesia japonica. Journal of Visualized Experiments. (54), e3058 (2011).

Play Video

Citar este artículo
Voura, E. B., Pulquerio, C. H., Fong, R. A. M. V., Imani, Z., Rojas, P. J., Pratt, A. M., Shantel, N. M., Livengood, E. J. A Planarian Motility Assay to Gauge the Biomodulating Properties of Natural Products. J. Vis. Exp. (159), e61070, doi:10.3791/61070 (2020).

View Video