ב פרוטוקול זה, שכותרתו fluorescently ט cruzi הוזרקו לזחלים דג זברה שקוף, טפיל תנועתיות נצפתה ויוו באמצעות מיקרוסקופ אור גיליון זריחה.
Chagas המחלה היא מחלה טפילית הנגרמת על ידי Trypanosoma cruzi, תנועתיות של מי חשובה לא רק לשפות אחרות, אלא גם עבור איגוד הסלולר ואת הפלישה. הנוכחי חייתיים לצורך המחקר של cruzi טי מאפשרים התבוננות מוגבלת של טפילים ויוו, המייצג אתגר עבור הבנה טפיל התנהגות במהלך בשלבים הראשונים של זיהום אצל בני אדם. Protozoan הזה יש במה השוטוניים וקטור והן בתרבית של המארחים, אך אין מחקרים המתארים את תנועתיות ויוו. המטרה של הפרויקט הזה היה להקים מודל חי דג זברה חוליות להעריך cruzi ט תנועתיות מערכת כלי הדם. דג זברה שקוף הזחלים הוזרקו fluorescently הנקרא trypomastigotes, שנמדדו באמצעות מיקרוסקופ אור גיליון קרינה פלואורסצנטית (LSFM), שיטה לא פולשנית להמחיש אורגניזמים החיים עם רזולוציה אופטית גבוהה. הטפילים יכול להיות דמיינו לתקופות ממושכות של זמן עקב סיכון נמוך יחסית של טכניקה זו נזקי בהשוואה קונאפוקלית או מיקרוסקופ epifluorescence. ט cruzi טפילים נצפו שנסע מערכת הדם של חי דג זברה בגדלים שונים כלי הדם ואת החלמון. הם גם ניתן היה לראות מצורפים לקיר שק חלמון ולא לשסתום atrioventricular למרות הכוחות החזק הקשורים התכווצויות הלב. LSFM של cruzi טי-דג זברה חוסנו הזחלים היא שיטה יקר זה יכול לשמש כדי להמחיש במחזור טפילים ולהעריך שלהם tropism, דפוסי ההגירה, תנועתיות בסביבה דינאמית של מערכת הלב וכלי הדם של-חיים.
Chagas המחלה נגרמת על ידי טפילים protozoan ט cruzi. כ 6-7 מיליון אנשים ברחבי העולם נגועים ט cruzi. המחלה מועברת בעיקר באמריקה הלטינית, אך דווח ב ארצות הברית, קנדה, ו אירופאיות רבות, כמו גם בכמה מדינות במערב האוקיינוס השקט, בעיקר בשל הגירה של אנשים נגועים1. Chagas הוא בעיקר בעקיצות וקטור המועברות לבני אדם על ידי מגע עם הצואה של חרקים hematophagic של תת-משפחה Triatominae, הידוע בכינויו “באגים לנשק”. עם זאת, ט cruzi יכול גם להיות מועבר באמצעות עירויי דם, העברה אנכי מאמא לילד, או בליעה של מזון מזוהם עם טפילים2. שלב אקוטי הזיהום בעיקר תסמינים או סימפטומטי צורונים ונמשך 6 עד 8 שבועות, לאחר מכן האירוסין של המערכת החיסונית שולט עומס הטפיל, אבל לא לבטל לחלוטין את זיהום3. רוב האנשים מכן הזן תקופה ללא תסמינים כרוניים; עם זאת, כמעט 30% מהחולים מפתחים שלב כרונית סימפטומטי, שבה את מערכת הלב בתדירות נמוכה יותר מערכת העיכול ומערכת העצבים הם פרוצים4. תרחיש זה מציג אתגר עבור טיפול למחלת ושליטה מאז ישנם חיסונים לא זמין, ויש רק שתי תרופות יעילות עבור Chagas: benznidazole ו- nifurtimox. שני הטיפולים דורשים ניהול ממושך ועל כן ייתכנו תופעות לוואי חמורות2.
גדל להבין אופן הפעולה של cruzi טי התנהגות ויוו היא המפתח לקביעת ההעברה טפילי, מצורף הסלולר ואת הפלישה בתוך המארח; חוסר מודלים ויוו מגביל את התפתחות רומן גישות טיפוליות. מחקרים במבחנה של זיהום cruzi ט הראו כי תנועתיות trypomastigotes חשוב עבור איגוד קרום התא המארח, הפלישה הסלולר עוקבות5. ירידת אנרגיה ב- trypomastigotes בתרבות שיתוף עם קו תא רגישים הוכח כדי להפחית את הפלישה הסלולר6. מעניין, ב trypanosomatids, תנועה השוטוניים גם מאפיין כמנגנון התחמקות נגד נוגדנים ספציפיים טפיל7.
תנועתיות השוטוניים כבר למדה בהרחבה במבחנה ב- Trypanosoma brucei, טפיל הקשורים קשר הדוק אשר גורמת מחלת8. מחקרים במבחנה של תנועתיות אלה trypanosomes הראה כי סימולציה של דם או נוזלים בגוף, כולל צמיגות ואת נוכחותם של מכשולים נציג של כדוריות הדם, תנאי חשוב לתנועה קדימה טפיל9 . כמו של עדיין זה לא היה אפשר לדמיין את התנועה של טפילים הדם ויוו.
דג זברה הזחלים הם במודל רב עוצמה ללמוד פתוגן-פונדקאי אינטראקציות בתוך vivo. הם קטנים, זול וקל יחסית לגדל כאשר לעומת דגמים אחרים חוליות הוקמה עבור Chagas המחלה. דג זברה יש מולדת מסתגלת החיסונית ומערכות דומים לבני האדם, אבל מערכת החיסון מסתגלת שלהם מתחיל לפתח ב 4 ימים שלאחר ההפריה (dpf) ואינה בוגרים עבור עוד שבועות מספר10. במהלך התפתחות מוקדמת, כאשר רק מקרופאגים קיימים, יש חלון גדול ללמוד התנהגות טפיל ללא הפרעות המערכת החיסונית מיידית10. עם זאת, היתרון הגדול ביותר של ניצול דג זברה הזחלים כמודל חוליות ללמוד התנהגות הפתוגן טמון שקיפות אופטית שלהם, הפיכתם לשכנוע11הקרנת והדמיה מיקרוסקופיים. בנוסף, ישנם מספר כלים לתמרן דגים גנטיקה. לדוגמה, המתח קספר הוא קו של דג זברה עם אין פיגמנטציה, שהופך את החיה לגמרי שקופים ושימושי עבור ויזואליזציה של איברים בודדים, מעקב בזמן אמת אחר תאים מוזרק12מוטנטים.
מגבלה מפתח של התבוננות האורך של טפילים נע במהירות דג זברה בשידור חי באמצעות וידאו או מיקרוסקופ epifluorescence טמון היעדר מוחלט של הדמיה-רכישה גבוהה ורזולוציה בעומק חדירה גדול עם איכות תמונה טובה, נמוך סיכון של נזקי. גיליון אור זריחה micsroscopy (LSFM) הוא המתעוררים הטכניקה הדמיה מתגבר על מגבלות אלה להתיר תצפיות אלה. באמצעות מטרה אחת כדי לזהות קרינה פלואורסצנטית מטרה תאורה אורתוגונלית השני רק המאיר במישור המוקד של המטרה זיהוי, זה אפשרי להשיג חלקים אופטיים ברזולוציה גבוהה כמו מיקרוסקופ קונפוקלי, אבל עם באופן משמעותי מופחתת נזקי, אפילו ביחס מיקרוסקופ epifluorescence13. הטכניקה LSFM המשמש כאן נקראת יחידה המטוס תאורה מיקרוסקופ (ספים), שבו סדין דק של אור המאיר מטוס בודד בתוך הזחלים דג זברה.
המטרה של מתודולוגיה זו היא ליצור דג זברה זחל כמודל-זיהום קיימא להבנת cruzi ט תנועתיות של התנהגות הקשורה ויוו. כדי לעשות זאת, אנחנו הזריק דג זברה שקוף הזחלים trypomastigotes fluorescently שכותרתו, הטופס הסלולר אחראי על זיהום של בני אדם, וזיהה את תנועת cruzi ט לב וכלי דם מחזור דג זברה שימוש LSFM.
מחקר זה מדגיש את היתרונות של דג זברה כמודל בעלי חיים לימוד הפתוגן התנהגות ויוו. בפרט, המחקר הזה מציעה שיטה כדי להמחיש את הפתוגן ט cruzi ב. הסביבה הטבעית שלו: מחזור בדרגות. הסביבה של microenvironment הדם הדג דומה לזו של יונקים, trypanosomatids התפתחו מנגנונים בנסיעות, התחמקות המערכת החיסונית של הצמדת תאים עבור זיהום הסביבה הזה25. פרוטוקול זה מציע תיאור של הליך אופטימלית עבור התרבות של cruzi טי בקו התא האנושי ובידוד עוקבות של צורות השוטוניים עבור תיוג פלורסנט. אז זה מראה את ההגדרות המתאימות עבור הזרקה מוצלחת של הטפילים לתוך דג זברה שקוף עבור מאוחר יותר הרכבה והדמיה באמצעות LSFM. לבסוף, פרוטוקול זה מציע הצעות עבור יעיל ואפקטיבי ויוו הדמיה של טפיל מיקום ותנועת במחזור באמצעות LSFM.
שוטון של trypanosomes מגיח שלה אחורי, הנובעים בגוף התא, וחופשית נתקע בחלקו הקדמי של האורגניזם26. ט cruzi דוחף את עצמו מנפנפת את שוטון לפני הגוף, אשר מתגלין כל הגוף של הטפיל. השוטוניים תנועה היא לא רק הכרחית עבור תנועתיות טפיל, כמו במקרה של brucei ט27 (סוכן סיבתי של מחלת השינה), אך הוא משמש גם עבור זיהום הסלולר, כפי הוכח ב ט cruzi5 ,28. למרות דג זברה אינם המארחת טבעית של cruzi טי, תנועתיות של הטפיל יכול להילמד במערכת הלב וכלי הדם במחזור המתפתח באמצעות פרוטוקולים המתואר כאן. בנוסף, ישנם מינים trypanosomes להדביק cyprinids, הכיתה של דג זברה, כגון carassii ט וט borreli25. המינים הללו הטפיל יכול לשמש כדי ללמוד בזמן אמת את התנועות ואת קובץ מצורף מנגנונים של אלה trypanosomatids; מחקרים כאלה יכול להלוות תובנה תהליך דלקת בתרבית של תאים.
במחקר זה, הזרקת תאי cruzi ט טפילים היו שנצפו נסיעה דרך מחזור הדם וכלי דם של דגים חוסנו, זז עם אריתרוציטים אטום, והקפדה על מבנים בקירות מערכת הלב וכלי דם. השתמשנו LSFM מתוצרת הבית עם 10 X אכרומטי זמן ומרחק עבודה אוויר המטרה (17.6 מ מ) עבור זרוע תאורה עם הפתח המספרי של 0.25. 40 X מים apochromatic המטרה טבילה עם הפתח המספרי של 0.8, מרחק עבודה של 3.5 מ מ שימשה זרוע זיהוי. זיהוי המטרה היה שקוע בבית הבליעה לדוגמה, בעוד המטרה תאורה היתה מחוץ לחדר. נמל תא אטום עם coverslip ואת דבק אופטי המותר עבור קרן תאורה להיכנס לחדר, כפי שהיא מתוארת לורנצו. et al. 18 עבור תאורה, השתמשנו לייזר DPSS 50 mW-488 ננומטר שהכוח שלו היה מווסת על ידי מסנן Tunable אקוסטו אופטי. להשתמש בנתיב זיהוי מסננים תואמים עם חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) או FITC. מיקרוסקופ אור גיליון מצויידים בעל נימי מדגם (רצוי תוך סיבוב אוטומטי), בקרת טמפרטורה החדר המדגם צריך להיות מתאים עבור יישום זה. המיקרוסקופ צריך להיות מיושרים, מכויל בהתאם להוראות היצרן או פרוטוקולים סטנדרטיים מעבדה של המשתמש לפני הרכישה, במידת הצורך. ב פרוטוקול זה, שאנחנו שולטים המיקרוסקופ באמצעות תוכנה ספים19.
חשוב לציין כי מחזור דג זברה, הזחלים מההחזקה הטפילית הוא יעיל. בווריד קרדינל, טפילים נשאר צמוד עבור עד מספר דקות; בלב, הם קיימו שסתומים, קירות, נדנוד עם התכווצויות הלב. מחקרים נוספים נותרו כדי להבהיר אם טי cruzi אינטראקציה עם אריתרוציטים זורמים זה להיסחף לכיוון של זרימת הדם. מחקרים קודמים במבחנה הראו כי הנוכחות של מבנים מוצקים (קרי, תאי דם), או צמיגות מוגברת של הנוזל לחקות דם במבחנה, יש השפעה משמעותית על תנועתיות, מהירות של הטפיל 9.
ישנן שאלות רבות לגבי המסלול של זיהום של cruzi טי בבני אדם לאחר amastigotes להימלט תאים phagocytic, סוג התא הנגוע בתחילה29. לדוגמה, איך הם מגיעים לאיברים היעד שלהם? מה הם המנגנונים עבור tropism אל האברים מועדף, כגון דום לב, עיכול, מערכות העצבים המרכזית? מעניין, במחקר זה הטפילים היו בתחילה עם תמונה בלב כי זה היה האתר של צפיפות הגבוהה של טפילים. עם זאת, האות CFSE לאחר מכן שהצטברו במעי המתפתח על ידי זריקה פוסט 7 ימים. למרות האנטומיה של דגים, יונקים שונים, התוצאות של המחקר הזה מדגימים צורת tropism, כמו זה היה ציין כי טפילים הציג tropism לכיוון איברי המטרה המועדפת ידועה למרות ההבדלים organismal. מגבלה אחת משמעותית של מחקר זה נוגע הטמפרטורה המשמשים את הניסויים. דג זברה הזחלים צריך להישמר בסביבות 28 °C במהלך ההליך כולו. למרות החום הזה עשוי להיות דומה למחשב המארח וקטור (חרקים של תת משפחה Triatominae), זה שונה לגמרי היונקים האדם המרכיבים את המארחים הסופי (בסביבות 37 ° C). ט cruzi ידוע כי צורות חיים השוטוניים מארחים שני; עם זאת, חשוב לזכור כי גורם זה ייתכן שיהיה אפקט בהתנהגות של בעלי חיים בתוך vivo.
למרות מערכת החיסון מסתגלת fish´s אינה בשלה עד 4 שבועות פוסט הפריה, מערכת החיסון המולדת פעילה בתחילת פיתוח10. מוקדם ככל hpf 48 או 96, נצפו תאי phagocytic נתקל נבלע הנקרא trypanosomes (נתונים לא מוצג). זה מגביל את חלון זמן ויזואליזציה של הטפיל. עם זאת, אם מחקר כדי להתמקד על הערכת התגובה החיסונית fish´s, המומלצים הזרקה בשלבים מאוחרים יותר. כמו כן, זריקה של טפילים לקווי הטרנסגניים דגים עם מקרופאגים שכותרתו או תאים אחרים של מערכת החיסון יכולה להיות שימושית בלימוד טפיל מצורף ומנגנונים אנדוציטוזה אפשרי. חשוב לציין כי אם הטפילים מסומנות עם CFSE תא הטרנסגניים תוויות לא צריך להיות ה-GFP, סמן בסופו של צהוב או אדום של הספקטרום נדרש.
כדי להעריך את כיוון התנועה טפיל מפורט, זה עשוי להיות שימושי לעקוב אחר מסלולם 3 מימד (3D). לוויזואליזציה תלת-ממדית, שחזור של התהליך, הכרחי מערכת במהירות גבוהה. עם הציוד בשימוש פרוטוקול זה, אפשרי רק לדמיין הטפילים במישור אחד. במקרה זה, אנחנו עדיפות שמירה על היציבות במישור המוקד במהלך התנועה טפיל ולהקליט את המסלול שלו במישור אחד.
המתודולוגיה המוצעת כאן סוללת את הדרך להמשיך לחקור התנהגות טפיל במחזור הלב וכלי הדם. לסיכום, השלבים החיוניים כדי הדמיה טפילים פלורסנט בשידור חי בתוך דג זברה הזחלים הם:(i) שימוש עוברי מוקדם המקווקו (24-48 hpf) או הזחלים, או חיות בין 72-96 hpf עם פיגמנטציה לא כך הם לשקופה וקלה להזריק; (ii) התמונה הזחלים בהקדם האפשרי לאחר ההזרקה להימנע סיווג טפיל על ידי תאים phagocytic; ו- (iii) למקד את LSFM באתר של הריבית (לדוגמא, באזור הלב) ולשמור על המוקד. הליך זה הרומן מאפשרת את החזיית trypomastigotes סביבה להשוות נישה זיהום טבעי, מתן בפעם הראשונה את האפשרות ללמוד טי cruzi אורגניזם חי.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי Convocatoria Interfacultades Vicerrectoría דה Investigaciones דה לה למד דה לוס אנדס, ואת התוכנית מלגת חדשנות ומחקר USAID. אנו מודים חואן רפאל Buitrago ו Yeferzon Ardila על דגים תחזוקה וסיוע.
0.5-10 μL Micropipette | Fisherbrand | 21-377-815 | |
Agarose RA | Amresco | N605 | Regular |
Agarose SFR | Amresco | J234 | Low Melting point |
Aquarium salt | Instant ocean | SS15-10 | |
Cell Count chamber | Boeco | Neubauer | |
Cell culture flasks | Corning | 430639 | |
Centrifuge | Sorvall | Legend RT | |
CFSE | ThermoFisher | C34554 | |
Detection objective | Nikon 40x 0.8NA | 40x CFI APO NIR | |
DMEM medium | Sigma-Aldrich | D5648 | |
Dumont #5 fine forceps | World precision Instruments | ||
Ethyl 3-aminobenzoate methanesulfonate salt (Tricaine) | Sigma-Aldrich | A5040 | |
Fetal calf serum (FCS) | Eurobio | CVFSVF00-01 | |
Filter | Chroma | ET-525/50M | |
Glass capillaries for embryo mounting | Vitrez Medical | 160215 | |
Glass capillaries for pulling needles | World precision instruments | TW100-4 | |
Glucose | Gibco | A2494001 | |
HEPES | Gibco | 156300-80 | |
Incubator | Thermo Corporation | Revco | |
Larval microinjection mold | Adaptive Science Tools | I-34 | |
Laser | Crystalaser | DL488-050 | |
L-glutamine | Gibco | 250300-81 | |
Methylene blue | Albor Químicos | 12223 | |
Micromanipulator | Narishige | MN-153 | |
Micromanipulator system | Sutter Instrument | MP-200 | For LSFM |
Micropipette puller device | Narishige | PC-10 | |
Microscope | Olympus | CX31 | |
Microscope (inverted) | Olympus | CKX41 | |
Multipurpose microscope | Nikon | AZ100M | |
Neubauer counting chamber | Boeco Germany | ||
Penicillin-streptomycin | Gibco | 15140-163 | |
Petri dish 94×16 | Greiner bio-one | 633181 | |
Plastic pasteur pipette | Fisherbrand | 11577722 | |
Rotation stage | Newport | CONEX-PR50CC | |
RPMI-1640 medium | Sigma-Aldrich | R4130 | |
Sodium pyruvate | Gibco | 11360-070 | |
Stereoscope | Nikon | C-LEDS | |
Tricaine (MS-222) | Sigma-Aldrich | 886-86-2 | |
TRIS | Amresco | M151 | |
Trypsin-EDTA (0.25%) | Gibco | R-001-100 | |
Tubes 15 ml | Corning | 05-527-90 |