כאן אנו מציגים פרוטוקול עבור כירורגי מינימלית פולשנית של השרירים הפנימיים למנגנון האכלה של שבלול ימית הaplysia קליפורניה כדי להבין את התפקידים של שרירים אלה בעת האכלה התנהגות.
מערכת מודל ללימוד השליטה העצבית בלמידה ובהתנהגות. לחיה זו מערכת של מחזור הדם פתוח למחצה, ומאפשרת גישה לרבים מהמבנים הפנימיים שלה מבלי לגרום לנזק משמעותי. מניפולציות רבות ניתן לבצע בקלות הן בvivo והן בתוך מבחנה, מה שהופך אותו מודל צייתן מאוד לניתוח של התנהגות ומעגלים עצביים. כדי להבין טוב יותר את הפונקציות של השרירים בתוך גמור האכלה, פיתחנו טכניקה עבור מתיחה אותם מבלי לפתוח את חלל הגוף העיקרי של בעל החיים או להזיק את השכבות החיצוניות של איבר האכלה (כלומר, המסה בוצ). בטכניקה זו, גמור הוא חלקית באופן חלקי, המאפשר גישה ישירה לשרירים. הליך זה מאפשר לבעלי חיים להתאושש במהירות ובאמינות. זה איפשר לנגע השרירים I7 וסיבים sub-radular, המאפשר לנו להראות כי שני השרירים לתרום באופן משמעותי את הפתיחה ב vivo.
מערכת האכלה של ליסיה קליפורניקה יש היסטוריה ארוכה של שימוש כמערכת מודל להבנת למידה וזיכרון1, התנהגויות מוטיבציה2,3, ואת האינטראקציה בין התנהגות, ביומכניקה ו שליטה עצבית בזמן האכלה4. יש מעגלים עצביים נגישים מאוד, עם מספר קטן יחסית של נוירונים גדולים, הניתנים לזיהוי. לחיה מערכת מחזור הדם פתוחה למחצה, ומאפשרת גישה לרבים מהמבנים הפנימיים שלו מבלי לגרום לנזק משמעותי. הוא גם חזק למניפולציות רבות הן בvivo והן בתוך מבחנה, מה שהופך אותו למודל מאוד מעוקב לניתוח של התנהגות ומעגלים עצביים.
כדי להבין את הדפוסים העצביים הגורמים להתנהגויות האכלה, חשוב לתאר את המכניקה הבסיסית של המבנה הרך היוצר את איבר ההזנה, מסת הבקאל4. בעוד יש עבודה שנעשתה כדי לאפיין את השרירים החיצוניים המהווה את המסה בוצ5,6, את השרירים הפנימיים של המבנה הבסיסי בתוך מסה בוצ השולט על פני השטח של גמור, הדונטופפור, היו לא נגיש במידה רבה בניסויים vivo. למרות שהיו במחקרים מחוץ לגופית על הפונקציות של חלק מהשרירים האלה7,8, היעדר גישה ישירה לשרירים אלה הקשה ללמוד את תפקידם בבעלי חיים שלמים ומתנהגים.
רוב הטכניקות עבור השרשה אלקטרודות או נגעים aplysia או רכיכות דומה מינים דורשים כי קיר הגוף יפתחו9,10,11,12. פתיחת קיר הגוף גורמת לפציעה אפיתל, ואת החתך חייב להיות אטום באופן מאובטח כדי למנוע המוליקמ להימלט. קשיים רציניים אפילו יותר הם הציבו כאשר מנסים להגיע השרירים הפנימיים של גמור של Aplysia (השרירים המשמשים את פני השטח radular או בתוך הדונטופפור): לאחר שנכנס דרך חלל הגוף הראשי, יש לעבור לאחר מכן דרך כמה חלק של הקיר השרירי של מסה בוצ כדי לקבל גישה למבנים הפנימיים (איור 1A). זו פציעה מצטברת וקושי של גישה עשה את הגישה דרך קונבנציונאלי אמצעים בעייתיים כי בעלי חיים לא להתאושש היטב מניתוחים אלה (של בעלי חיים עם בעיות מלאות, רק 17% חזר כל יכולת האכלה, N = 12. סביב 85% של בעלי חיים שאינם everted חזרו היכולת להאכיל, N = 84).
שריר I7, אשר מאופיין כפותחן radular8, הוא עמוק בתוך הדונפטוהור עצמו, עוד מסבך את הגישה. היא משתרעת בין הבסיס של הradular (איור 1C) והחלק התחתון של משטח הradular, דרך לומן בדונפטופור (איור 1c). על שלושה צדדים של שרירי I7 הם קירות של שריר, והקיר הרביעי מורכב radular גבעול. לצורך מחקר ביומכאני, ליקוי גדול לכל מבנה אלה עלול לפגוע בתפקוד הרגיל של מנגנון ההזנה. פיתחנו גישה הרומן של העבודה הדונטופד החוצה דרך הלסתות, ולנהל את הניתוח באמצעות חתך לפני השטח radular דק, הסחוס, שאפשרו לנגע שריר I7, כמו גם לאחרונה תיאר סיבי שריר בסדר ש לרוץ ממש מתחת לפני השטח radular, אשר אנו מתייחסים כמו סיבי sub-radular (איור 1C).
איור 1: סקירה אנטומי. (A) מיקום המסה בתוך aplysia. (ב) אנטומיה חיצונית של שפיטופור. פני השטח של רדולה ו radular sac הם צהובים; שרירי החיבור של הדונפטופור מוצגים באדום, על בסיס הצבעים הממשיים שלהם. (ג) משונן קטע של דונפטופור, המראה את המיקום של סיבים תת radular (קו ורוד מעוקל) ו I7 שריר (קו ישר ורוד). חתך החלק של השריר I6 מוצג אדום כהה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
הצעדים הקריטיים ביותר בפרוטוקול הם הצורך להבטיח כי בעל החיים הוא מורדם לחלוטין, וכי הציון של מסת בוצ הוא רק מספיק כדי לגשת השרירים הבסיסיים. זה עשוי לדרוש קצת תרגול כדי להשלים את השלבים הללו, אבל ברגע שהם שולט, התשואה של ניתוחים היא עשויה להיות גדולה מ 85% של כל הניסויים שנעשו. הדרך החשובה ביותר לשנות ולפתור בעיות הפרוטוקול היא לבלות זמן לבצע ניתוח של מסה בוצ, כך שמיקומי השרירים הפנימיים ברורים לחלוטין לחוקר. מכיוון החתך הציע דרך פני השטח radular בהכרח גורם נזק לסיבים sub-radular הבסיסית, זה עשוי להיות מתאים לשנות את המיקום המדויק של החתך כדי למנוע אזורים ספציפיים של סיבים אלה.
מגבלה אחת של הטכניקה כירורגית היא כי ייתכן השפעות שאינן ספציפיות על תגובות האכלה, כגון חוזק של המתיחה. אחת הדרכים להתגבר על מגבלה זו היא שבעלי חיים משמשים כפקדים שלהם. בנוסף, חשוב להיות קבוצת נגעים מזויפים הנתונה לפרוטוקול הכירורגי כולו, למעט הסרת השריר הספציפי (כלומר, I7 או ה-SRFs). על ידי ביצוע הצעות אלה, חוקר תפחית את ההשפעות של השונות בין בעלי חיים יש מדד מהותי של ההשפעות הלא ספציפיות של הניתוח.
העבודה הקודמת השתמשה גישות דרך קיר הגוף כדי לנגע או להקליט מפני העצבים13,14, או שרירים15,16,17. במעבדה שלנו, יש לנו anecdotally נצפו כי חתכים בקיר הגוף מלווים לעתים קרובות על ידי אובדן משמעותי של המוליקמ ובכך של נפח הגוף. בעלי חיים דורשים לעתים קרובות מספר ימים כדי להתאושש מזה, ואם הנגע בקיר הגוף לא בזהירות משמים, בעלי חיים לא יכול להתאושש. בנוסף, בדיקה שלאחר המוות של בעלי החיים מגלה הצטלקות ניכרת סביב החתך ותגובה חיסונית חזקה (אנקדוטיים). לעומת זאת, בעלי חיים לא מראים אובדן של המוליקמ או שינוי נפח הגוף לאחר התאוששות מהפרוטוקול המתואר כאן (מבוסס על תצפיות 96 בעלי חיים).
יישומים עתידיים של הטכניקה עשויים להאריך אותה לשרירים אחרים בתוך מנגנון ההזנה של Aplysia, ולבעלי חיים אחרים. התמקדנו בהסרת השריר I7 ו-sub-radular סיבים. אלה טכניקות כירורגית כלליות גם לאפשר גישה לרוב השרירים האחרים של הדונטופפור. חלק מאלה, כגון החלק הפנימי של השריר I5, הם הטובים ביותר גישה דרך פני השטח radular. אחרים, כמו העלונים הפנימיים של I4, יכול להיות הגיע טוב יותר דרך האפיתל החיצוני של הדונטופפור. יש לנו ניסויים ראשוניים שבו החתך תחת radular שסועה של מותר באופן חלקי evertop לגשת לקרס מחודד להיות מוכנס כי יכול לשמש לנגע שריר נוסף בתוך הדונטופפור, שריר I88. מכיוון שהפרוטוקול הכירורגי המתואר כאן אינו פותח את חלל הגוף הראשי, אין צורך בשום מבצע.
הפרוטוקול שתיארנו יכול להיות עניין כללי לחוקרים אחרים העובדים על מבני רקמה רכה שאחרת יהיה קשה לתמרן, למשל, מכשיר האכלה של רכיכות אחרות. באופן כללי יותר, פרוטוקול זה יכול להציע גישות אחרות כירורגי הרומן ניתוח של מבנים רכים כגון לשונות, גזעי או זרועות18.
The authors have nothing to disclose.
היינו רוצים להכיר בעבודה הקשה ששרי Niggel, סיסי לו, וג וו הכניסו לשיפור ולאימות הפרוטוקולים הללו. עבודה זו נתמכת על ידי NSF גרנט IOS 1754869.
Blunt forceps | Fine Science Tools | 11210-10 | 2 pair |
Scalpel blade (#11) | Fine Science Tools | 10011-00 | |
Spring scissors | Fine Science Tools | 15024-10 | |
Webcam | Logitech | c920 | for recording data |