C. elegans mit einer mikrofluidischen Plattform fixieren

  • ICB
  • Highlights

Der Fadenwurm C. elegans ist einer der am meisten untersuchten Modellorganismen in der biologischen Forschung. Um einzelne Exemplare unter dem Mikroskop sichtbar zu machen, werden sie durch Betäubung fixiert. Die Entwicklung einer neuen Immobilisationsmethode auf komplett physikalischer Basis, einer mikrofluidischen Plattform, ermöglicht nun die Untersuchung von lebenden Würmern ohne chemische Sedative.

Mikrofluid-Plattform zur Langzeitimmobilisation von <i>C. ele­gans&nbsp;</i>ohne Druck oder Betäubungsmittel.
Mikrofluid-Plattform zur Langzeitimmobilisation von C. ele­gans ohne Druck oder Betäubungsmittel.

C. elegans – einer der am meisten untersuchten Modellorganismen

Der Fadenwurm Caenorhabditis elegans ist zu einem der am meisten untersuchten und am besten verstandenen eukaryotischen Organismen der modernen Biologie geworden. Studien an C. elegans umfassen unterschiedliche Bereiche wie Alterung und Stress, Entwicklungsbiologie oder die Erforschung einer Vielzahl von Krankheiten, wie z.B. Krebs oder Parkinson. Der Schlüssel zum Erfolg von C. elegans als Modellorganismus sind zwei physikalische Merkmale: seine Transparenz und die problemlose Genmanipulation (genetische Traktabilität). Durch seine Transparenz können sowohl Entwicklungsprozesse als auch Veränderungen durch Mutationen oder Umweltfaktoren direkt und einfach mittels Transmissions- oder Fluoreszenzmikroskopie sichtbar gemacht werden. Seine genetische Traktabilität hat zu einer immensen Vielfalt von Mutantenstämmen geführt, wodurch viele Schlüsselgene und biologische Phänomene zum ersten Mal in C. elegans beschrieben wurden. Die Ähnlichkeit zwischen zellulären und molekularen Prozessen bei C. elegans und anderen Tieren ist von grosser Bedeutung für die Forschung. Zu den Ähnlichkeiten gehören Stoffwechsel, Organellstruktur, Genregulation und Proteinbiologie. Entdeckungen in C. elegans sind daher für die Erforschung der menschlichen Entwicklung, Gesundheit und Krankheit extrem wichtig.

Immobilisierung ohne Druck und sedierende Medikamente

Die Immobilisierung aufgrund der hohen Motilität von C. elegans ist ein essentieller Schritt in vielen Mikroskopiestudien, insbesondere wenn es um die Beobachtung zellulärer oder subzellulärer Vorgänge geht. Die Immobilisierung erfolgt konventionell auf einer Agarplatte mit einer Kombination aus Druck und sedierenden Medikamenten. Es ist jedoch bekannt, dass diese Methode empfindliche biologische Prozesse stark beeinträchtigt und unsere bisherigen Erkenntnisse darüber einschränkt. Um diese methodischen Einschränkungen zu überwinden, haben Berger und seine Mitarbeiter eine mikrofluidische Plattform entwickelt, die in der Lage ist, einzelne Würmer über einen längeren Zeitraum hinweg zu immobilisieren. Dies ohne negative Auswirkungen auf deren Entwicklung oder physiologische Funktionen. Die Immobilisierung wird durch einen schmalen Kanal ermöglicht, der die Grösse und Form des Wurms nachahmt. Wichtig ist, dass der Druck so gering wie möglich gehalten wird, um die normale physiologische Funktion, z.B. Fütterung und Eiablage, nicht zu beeinträchtigen. Darüber hinaus werden die Würmer kontinuierlich mit einer hochkonzentrierten Bakteriensuspension als Nahrungsquelle versorgt.

<p>Schema der Immobilisierungsvorrichtung für adulte <i>C. elegans</i>. Die Fluidkanäle sind rot markiert, die On-Chip-Ventile schwarz. Sanfte Immobilisierung und langfristige Lebensfähigkeit werden durch die Nachahmung von Form und Grösse der Würmer, sowie eine konstante Nahrungsversorgung erreicht. Immobilisierung und Beladung werden über einen Satz On-Chip-Ventile gesteuert. Die Laderichtung des Wurms wird mit einem schwarzen Pfeil, der Nahrungsfluss durch roten Pfeil angezeigt.</p> <p>© Lab on a Chip<sup>1</sup>, Royal Society of Chemistry</p>
Schema der Immobilisierungsvorrichtung für adulte C. elegans. Die Fluidkanäle sind rot markiert, die On-Chip-Ventile schwarz. Sanfte Immobilisierung und langfristige Lebensfähigkeit werden durch die Nachahmung von Form und Grösse der Würmer, sowie eine konstante Nahrungsversorgung erreicht. Immobilisierung und Beladung werden über einen Satz On-Chip-Ventile gesteuert. Die Laderichtung des Wurms wird mit einem schwarzen Pfeil, der Nahrungsfluss durch roten Pfeil angezeigt. © Lab on a Chip1, Royal Society of Chemistry

Eine Technologie, die international Erfolg hat

Mit Hilfe einer präzis designten Mikrofluid-Plattform konnten adulte C. elegans, sowie Würmer im Larvenstadium effizient immobilisiert werden. Dadurch werden Untersuchungen einer Vielzahl von empfindlichen biologischen Prozessen ermöglicht, die bisher für Biologen unzugänglich waren. Diese Plattform wird inzwischen von einer Reihe von Biologie-Forschergruppen auf der ganzen Welt genutzt, darunter Forscher der Harvard University, der Universität Zürich, der Universität Utrecht, der EPFL und der TU Dresden.

Eine Technologie, die international Erfolg hat

Mit Hilfe einer hochpräzis geformten Mikrofluid-Plattform konnten adulte C. elegans, sowie Würmer im Larvenstadium effizient immobilisiert werden. Dadurch werden Untersuchungen einer Vielzahl von empfindlichen biologischen Prozessen ermöglicht, die bisher für Biologen unzugänglich waren. Diese Plattform wird inzwischen von einer Reihe von Biologie-Forschungsgruppen auf der ganzen Welt genutzt, darunter Forscher der Harvard University, der Universität Zürich, der Universität Utrecht, der EPFL und der TU Dresden.

Literaturhinweis

[1] Simon Berger, Evelyn Lattmann, Tinri Aegerter-Wilmsen, Michael Hengartner, Alex Hajnal, Andrew deMello and Xavier Casadevall i Solvas externe Seite Long-term C. elegans immobilization enables high resolution developmental studies in vivo Lab on a Chip, April 2018.

JavaScript wurde auf Ihrem Browser deaktiviert