斑马鱼胚胎电学特性检测研究文献综述

 2022-11-01 01:11

文献综述(或调研报告):

小型的模式动物,如斑马鱼,相比于细胞系,离体的原始细胞和组织样本有着独特的研究优势[11, 12]。最主要的优势是既能使实验的小型化和自动化,又能使所研究的生物作用能够发生在完整的生理环境下生长发育。小型的模式动物,如斑马鱼,具有如下的特点( i)和人类一样的高度进化保守性,使得它们成为研究疾病的病理生理学和治疗的可行选择;( ii)组织光学透明,研究者能利用光遗传学工具和传统的显微镜实验来对组织和器官进行细致的生理学定位;( iii)饲养简单且花费低,能够产生大量的小胚胎并且胚胎生长迅速,保证了能在组织和器官发育方面进行的高通量的药物效果筛选;( iv)有大的胚叶细胞使得其能经受住生理和电生理实验的考验。被广泛应用在药理学,癌症研究,环境毒素检测等多个方面。传统的斑马鱼胚胎培养和检测是在微量滴定板和明胶腔中进行的。从微量滴定板到微流控片上培养经历了多个阶段的发展[2]

斑马鱼(Danio rerio)是属于辐鳍亚纲(Actinopterygii)鲤科(Cyprinidae)短担尼鱼属(Danio)的一种硬骨鱼。斑马鱼原产于印度东部、 巴基斯坦、 缅甸以及孟加拉国的小溪、 稻田及恒河中游地区, 是一种常见的热带观赏鱼, 因其体侧具有像斑马一样纵向的暗蓝与银色相间的条纹而得名[3]

斑马鱼是迄今适合用于饱和诱变的惟一的脊椎动物, 因此在生命科学领域引起了极大的反响,在随后数年中吸引了全世界大批实验室和科学家开始利用斑马鱼做模式动物,从此使其成为最重要的模式脊椎动物之一[3]

最早的尝试使用小型化斑马鱼胚胎培养的技术是微液滴技术)。该系统是由聚四氟乙烯( PTFE)软管线圈,一个集成的相机和电脑控制注射泵组成。能利用全氟甲基萘( PP9)作为前驱液进行胚胎的分段流体操作。设计了巧妙地使用了气泡,提供流体段稳定性[13]

2009年,沈等科学家,提出了一种斑马鱼胚胎被固定住的微流控芯片,只有胚胎的分泌物和测试化合物反应,使胚胎的生存能力得以保持。芯片是淹没在含有培养鱼的溶剂的皮氏培养皿中,而重力泵被用来驱动测试化合物通过微通道。这样就能够保证只有胚胎的分泌物和测试化合物反应[14]

2011年,Wielhouwer等人开发了一种微流体流过系统,由使用三层嵌入了加热电路系统的硼硅玻璃制作而成。它有两个独立的流体阀组,(i)一个控制胚胎片上培养所使用的缓冲剂。(ii)另一个控制循环温水来作为加热器单元,保持胚胎生长所需的温度[6]

同年,杨和同事提出了一个集成浓度梯度生成器微流控胚胎培养阵列芯片。这个芯片是由三个键合的玻璃片组成:顶层玻璃片由通过光刻制作的微通道网络构成;中间层包含了七个胚胎培养室并含有微机械可动部件;底层玻璃片作为一个衬底存在。胚胎是手动转移到胚胎培养腔里的,而每个培养腔可以装多个胚胎。两个注射器泵被用来在浓度梯度式微通道入口送入药物和培养基,以将各种浓度的试样独立的传送到培养腔中[15]

2011年,Wielhouwer等人开发出来一个自动化的斑马鱼胚胎排序和分离系统。这个系统由两个单元组成:由可动环状机构构成的细胞分选机,以及LED阵列和两个摄像头以分辨出未受精的或损坏的胚胎;一个可以自动填充96孔微量滴定板的滴定板装填机,它可以在约11分钟内将每个孔中准确填入一个胚胎。

2012年,Choudhury等人描述另一个微流控灌注芯片,该芯片同样集成浓度梯度生成功能。芯片包括三层:一个可渗透氧且可拆卸的聚氨酯膜作为封面;具有流体通道和胚胎培养室作为晶体硅晶片是核心;连着硅层的玻璃作为衬底。药物和培养基通过由计算机控制的注射泵,产生具有浓度梯度混合液。培养腔限制胚胎的移动,帮助提高成像质量。

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