線虫Caenorhabditis elegansの固定化とアドレス可能な光誘起熱ノックダウン（ALINK）

Immobilization of the nematode Caenorhabditis elegans with addressable light-induced heat knockdown (ALINK).

• Han-Sheng Chuang
• Hsiang-Yu Chen
• Chang-Shi Chen
• Wen-Tai Chiu

抄録

線虫は、遺伝学、神経科学、発生生物学などの分野で使用されるモデル動物です。研究者は、解析のための高品質な画像を得るために、しばしば蠢くミミズを固定化します。しかし、現在の方法では、通常、物理的な接触や麻酔を必要とします。そのため、ワーム体の損傷や神経細胞の障害を引き起こす可能性がある。本研究では、光誘起亜致死熱を利用してワームを効果的に固定化する、アドレス可能な光誘起熱ノックダウン（ALINK）と呼ばれる代替技術を紹介します。本研究では、ITOガラス板とITOガラス板に光導電層（a-Si:H）をコーティングしたマイクロチップを作製した。固定化するワームを液体培地に浸漬し、両ガラス板の間に挟み込んだ。電場の存在下で集光レーザーを照射（光電処理と呼ぶ）すると、光電効果により液体媒体が加熱された。臨界温度（>31℃）に達すると、ワームの神経機能は一時的に停止した。熱源を除去すると神経機能は再開した。37℃以上の温度では全てのワームが死滅した。また、短波長光を使用することで、ワームの回復時間を短縮することができた。動作モードを予測するために等価回路をモデル化し、高濃度媒質を用いた光電処理により急速加熱を促進した。また、ヒートノックダウン(KD)を誘発するための安全な動作範囲(20Vpp(peak-to-peak電圧),100kHz-10MHz,31-37℃)についても検討した。その結果、熱ＫＤは十分に制御され、自律的で可逆的であることがわかった。この技術は、ワームの固定化に利用できる。

Caenorhabditis (C.) elegans is a model animal used in genetics, neuroscience, and developmental biology. Researchers often immobilize squirming worms to obtain high-quality images for analysis. However, current methods usually require physical contact or anesthetics. This can cause injuries to worm bodies or neuron disturbances. This study presents an alternative technique, called addressable light-induced heat knockdown (ALINK), to effectively immobilize worms by using light-induced sublethal heat. A microchip composed of an indium-tin-oxide (ITO) glass plate and an ITO glass plate coated with a photoconductive layer (a-Si:H) was produced. Worms to be immobilized were immersed in a liquid medium and sandwiched between the two plates. When the worms were irradiated with a focused laser beam in the presence of electric fields (referred to as an optoelectric treatment), the optoelectric effect heated the liquid medium. The neural functions of the worms shut down temporarily when a critical temperature (>31 °C) was reached. Their neural functions resumed after the heat source was removed. A temperature above 37 °C killed all worms. Using short-wavelength light reduced the worms' recovery time. An equivalent circuit was modeled to predict the operating modes, and an optoelectric treatment with a high-concentration medium enhanced rapid heating. A safe operating range (20 Vpp (peak-to-peak voltage), 100 kHz to 10 MHz, 31 to 37 °C) to induce heat knockdown (KD) was also investigated. The results show that the heat KD was well controlled, autonomous, and reversible. This technique can be used for worm immobilization.