Este método baseia-se na injeção de 0,5 − 3 μL de solução no tórax de zebrafish adulto. O procedimento entrega eficientemente proteínas e compostos químicos na proximidade do coração de zebrafish sem danificar o órgão. A abordagem é adequada para efeitos de teste de fatores exógenos em vários tecidos do coração.
O coração de zebrafish adulto fornece um modelo poderoso na pesquisa da regeneração cardíaca. Embora a força deste sistema seja baseada em aproximações transgénicas, uma entrega rápida de fatores exógenos fornece uma técnica complementar em estudos funcionais. Aqui, apresentamos um método que se baseia na administração de alguns microlitros de solução na cavidade pericárdica sem causar dano miocárdico. As injeções intratorácicas (IT) podem fornecer eficientemente proteínas e compostos químicos diretamente sobre a superfície do coração. As substâncias injetadas difusas através do epicárdio nos tecidos cardíacos subjacentes. Em comparação com as injeções intraperitoneal (IP), a principal vantagem das injeções intratorácicas é a administração focal dos fatores testados no órgão-alvo. A entrega de moléculas diretamente no pericárdio é uma estratégia adequada para estudos de pré-condicionamento cardíaco e regeneração em zebrafish adulto.
Entre os vertebrados, o zebrafish possui uma capacidade notável para regenerar seus corações1,2. Essa habilidade tem sido relatada em diversos modelos de lesão, ou seja, ressecção do ápice ventricular, crioferimento (IC) e ablação genética de cardiomiócitos3,4,5,6,7. Após lesões invasivas, a parede danificada do ventrículo torna-se transitoriamente curada pelo tecido fibrótico, que é progressivamente substituído por um novo miocárdio8,9,10,11. A resposta precoce da cicatrização de feridas envolve ativação do epicárdio e recrutamento de células imunes12,13,14,15. Concomitantemente, os cardiomiócitos próximos ao miocárdio lesionado tornam-se ativados, desdiferenciam-se, proliferam e substituem progressivamente a área ferida dentro de 30 − 90 dias16,17,18, 19. progressos substanciais na decifragem dos mecanismos moleculares e celulares da regeneração cardíaca foram alcançados graças à disponibilidade de ferramentas genéticas, como a análise de rastreamento de linhagem celular, a superexpressão genética inducível, linhas fluorescentes do repórter do tecido, e crispr/mutagênese do gene Cas920,21.
Recentemente,estabeleceu-se um modelo de pré-condicionamento cardíaco no zebrafish adulto por toracotomia22,23. O pré-condicionamento aumenta a expressão de genes cardioprotetores e eleva a reentrada no ciclo celular nos corações íntegros e regenerantes. Esses processos estão associados ao recrutamento de células imunológicas e remodelamento de matrizes22,24. Os mecanismos de pré-condicionamento são pouco compreendidos, e o estabelecimento de novas técnicas é necessário para fomentar essa área de pesquisa. Em particular, a administração otimizada de proteínas de sinalização secretadas ou outros compostos químicos é essencial para aprofundar a investigação deste tópico.
Sendo animais aquáticos, o zebrafish pode absorver naturalmente várias substâncias dissolvidas na água através de suas guelras e pele. Isto oferece uma possibilidade para a entrega não invasora da droga com a imersão dos peixes nas soluções com produtos químicos diversos, tais como inibidores farmacológicos, hormonas esteróides, tamoxifen, BrdU e antibióticos. Na verdade, numerosos estudos de vários laboratórios, incluindo os nossos25,26,27, aproveitaram este método, que é particularmente valioso no campo da biologia regenerativa6, 28. esta abordagem não é, no entanto, adequada para a entrega de peptídeos, DNA, RNA, morfolinos ou moléculas com uma permeabilidade tecidual limitada. Nestes casos, uma entrega mais eficiente é conseguida pela microinjeção no corpo, por exemplo, inserindo o capilar no seio venoso retro-orbital, na cavidade intraperitoneal ou intrapericardial29,30, a 31. Aqui, nós descrevemos um procedimento da injeção intratorácica de uma pequena quantidade de solução, como um método apropriado para estudar a regeneração e o pré-condicionamento do coração no zebrafish adulto.
Aqui, nós descrevemos um método para entregar compostos e proteínas exógenas na cavidade pericárdico a fim estudar seus efeitos no coração no zebrafish adulto. O procedimento é baseado na injeção intratorácica, o que resulta na entrega de um pequeno volume de solução nas imediações do órgão. Esta técnica foi desenvolvida e descrita para estudar o precondicionamento cardíaco e a regeneração.
A etapa crítica neste procedimento é a penetração do capilar de vidro na cavidade torácica. Esta etapa depende de três parâmetros que são: a rigidez e a agudeza da ponta capilar, o ângulo da penetração, e o local da punctura. Para otimizar a penetração através da pele, a parte puxada do capilar não deve ser muito longa, como tais agulhas são muito flexíveis e dobrar em contato com a pele. Para evitar isso, a rigidez pode ser adaptada, reduzindo o tamanho da ponta com a Iridectomia tesoura. Embora o ângulo de penetração possa variar entre 30 ° e 45 °, pode ser adaptado à rigidez da ponta. Na verdade, uma ponta fina vai penetrar a pele melhor com um ângulo mais estreito.
A fim de otimizar a penetração da agulha, o local de inserção deve ser imediatamente acima do coração batendo. O risco de punção cardíaca geralmente é baixo variando entre 5% e 8%. A inserção da agulha posterior ao coração aumenta o risco de punção cardíaca, como visto pelo sangramento aumentado. Nesses casos, os animais devem ser removidos dos experimentos.
Outra fonte de problemas durante a injeção de ti ocorre no nível capilar. Na verdade, o capilar pode quebrar quando as forças laterais são exercidas sobre ele. Para evitar isso, a agulha deve mover-se ao longo do eixo de injeção de forma reta. Ocasionalmente, o capilar pode ser obstruído por resíduos do tecido que impedem que o líquido flua. A agulha pode ser desbloqueada retirando suavemente a ponta durante a injecção. Se isto não melhorar o fluxo, recomendamos retirar completamente a agulha do tórax e substituir a agulha.
As lesões podem ser causadas por uma agulha muito profundamente inserida no pericárdio. A fim de evitar lesões no saco pericárdico, a agulha não deve ser inserida muito (1 − 2 mm) no tórax. Alguns vazamentos foram observados quando o volume de injeção foi maior que 8 μL.
Na zebrafish, a composição exata do fluido pericárdico é desconhecida. No entanto, o volume da cavidade pericárdica é estimado em ~ 10 μL31. Dado que o volume do ventrículo adulto do zebrafish é aproximadamente 1 − 2 milímetros3, nós supor que a cavidade pericárdico tem conformemente um volume minúsculo, que tem que ser considerado antes das injeções. De nossos estudos preliminares, nós determinamos que a escala óptima do volume injetado está entre 0,5 e 3 μl para os peixes que medem 2.5 − 2.8 cm (distância do focinho ao pedúnculo caudal). Este volume pode ser adaptado dependendo do tamanho do peixe. A injeção de até 5 μL não induziu nenhuma lesão nos peixes deste tamanho. No entanto, os volumes de 8 μL foram suficientes para causar abaulamento e hemorragia interna, como mostrado na Figura 1F. Com base nesses dados, estimamos que uma quantidade de solução maior que 3 μL pode causar estresse físico e fisiológico no órgão. Esta limitação infere a necessidade de escolher uma concentração mais elevada de moléculas em vez de aumentar a quantidade da solução injetada.
Outro fator importante é a propriedade osmótica da solução injetada, que deve estar na faixa fisiológica. De fato, para evitar um risco de estresse osmótico, recomendamos HBSS como meio de injeção.
Em zebrafish, os métodos comuns usados para entregar drogas são através do tratamento da água e da injeção intraperitoneal30,35. Embora ambas as técnicas sejam apropriadas para muitas aplicações, as injeções de ti proporcionam vantagens experimentais e econômicas, diminuindo os riscos de efeitos colaterais sistêmicos indesejados e reduzindo o uso de moléculas dispendiosas, respectivamente. Este método pode ser adequado para a entrega de tamoxifeno para ativar o sistema transgênico CRE-ERT2 usado para análise de rastreamento de linhagem celular, e orientar RNAs modificadas para estudos funcionais em pesquisa de regeneração.
O método de injeção de it em zebrafish tem sido descrito anteriormente em31de36. Naqueles relatórios, as injeções intratorácicas foram executadas com agulha do insulin, puncionando do lado anterior. Em contrapartida, nosso protocolo apresenta uma estratégia alternativa com o capilar de vidro puxado inserido a partir da direção posterior. Especificamente, nossa abordagem leva em conta a anatomia do pericárdio de peixes para otimizar a injeção com um risco reduzido de punção cardíaca. Além disso, durante o procedimento, o peixe não é mantido por fórceps metálico, mas por uma esponja úmida e macia, que é um método mais adequado para evitar qualquer ferimento externo do peixe. Assim, o método apresentado pode ser mais adequado para estudos de homeostase cardíaca, pré-condicionamento e regeneração em zebrafish adulto.
As injeções de ti já foram estabelecidas em organismos modelo de mamíferos. De fato, este método também foi aplicado em experimentos com suínos e estudos clínicos em humanos37,38. Em camundongos, injeções intramiocárdicas transtorácicas guiadas por ultra-sons têm sido usadas para desafiar seu coração39. Dentro deste artigo, propomos um protocolo detalhado para facilitar o uso da injeção de ti para o zebrafish. Isto será particularmente valioso para o campo, a fim de complementar as abordagens genéticas na homeostase cardíaca, pré-condicionamento e pesquisa de regeneração.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos a V. Zimmermann pela excelente assistência técnica e pelo cuidado dos peixes, D. König (Universidade de Friburgo) para a leitura crítica do manuscrito, D. Kressler (Universidade de Friburgo) para ajuda com a síntese proteica zCNTF, F. Ruggiero (Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon) para fornecer o anticorpo de ColXII, e P. Martin (Universidade de Bristol) para o anticorpo de L-plastin. Agradecemos a instalação de núcleo de imagem e a plataforma de proteômica da Universidade de Friburgo. Este trabalho foi apoiado pela Swiss National Science Foundation, Grant Number 310030_179213, e pelo Schweizerische Herzstiftung (Swiss Heart Foundation).
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 |