斑马鱼包埋模具(ZEM)：实现胚胎和幼鱼高通量标准化成像的创新平台

本研究针对斑马鱼成像中样本定位不一致、操作耗时等技术难题，开发了斑马鱼包埋模具(Zebrafish Embedding Mold, ZEM)。研究人员通过三维设计制备了适用于不同发育阶段(0-7 dpf)和观察视角的专用模具，成功实现了胚胎和幼鱼的高通量、标准化成像。该平台显著提高了图像质量和实验可重复性，在纳米塑料生物分布分析和苯并[a]芘发育毒性评估中展现出优异性能，为斑马鱼模型的高通量筛选提供了可靠技术支撑。

　　

在生命科学研究领域，斑马鱼凭借其胚胎透明、发育快速等优势，已成为重要的模式生物。特别是在实时观察生理反应、药物筛选和毒性评估等方面，斑马鱼成像技术发挥着不可替代的作用。然而，传统的斑马鱼成像方法面临着一个棘手难题：研究人员需要手动将麻醉后的斑马鱼胚胎或幼鱼包埋在琼脂糖或甲基纤维素中，这个过程不仅耗时耗力，更难以保证样本定位的一致性和可重复性。微小的角度偏差就可能导致图像焦点不齐，严重影响后续的定量分析结果。

尽管已有自动化系统试图解决这一问题，但这些设备往往价格昂贵且操作复杂，难以在普通实验室推广。因此，开发一种既能够保证成像质量，又具备良好可操作性的标准化成像平台，成为斑马鱼研究领域的迫切需求。

针对这一技术瓶颈，韩国生物科学与技术研究所环境疾病研究中心的Yugyeong Sim、Eunbeom Lee和Jinyoung Jeong研究团队在《Methods》杂志上发表了一项创新性研究。他们成功开发出斑马鱼包埋模具(Zebrafish Embedding Mold, ZEM)，这一平台能够实现斑马鱼胚胎和幼鱼的高通量、标准化成像，为相关研究提供了可靠的技术支持。

研究人员首先精确测量了斑马鱼在不同发育阶段的体型尺寸，为模具设计提供了科学依据。基于这些数据，他们使用三维设计软件研发了三种专用模具：适用于0-2天受精后(day post-fertilization, dpf)胚胎的E-ZEM，用于3-7 dpf幼鱼侧视成像的LL-ZEM，以及用于背腹视角观察的DL-ZEM。这些铝制模具通过精密加工制成，具有结构精细、耐用性强等特点。

研究团队还建立了完整的斑马鱼包埋床(Zebrafish Embedding Bed, ZEB)制备流程。他们将3%琼脂糖溶液倒入培养皿，放置ZEM模具，在4°C下凝固后移除模具，形成具有特定腔体结构的包埋床。随后，将包埋基质（如甲基纤维素或低熔点琼脂糖）加入腔体，即可进行斑马鱼样本的定位和成像。

3.1. 斑马鱼包埋模具和斑马鱼包埋床

研究团队基于斑马鱼胚胎和幼鱼的体型测量数据，成功设计了三种专用模具。E-ZEM包含36个半球形腔体，直径1.5毫米，完美容纳0-2 dpf的胚胎；LL-ZEM具有20个腔体，采用前高后低的双高度设计，贴合幼鱼侧卧时的自然曲线；DL-ZEM包含14个腔体，宽度分区设计确保幼鱼稳定保持背腹朝向。这些模具制备的包埋床能够实现样本的整齐排列，为标准化成像奠定基础。

3.2. 斑马鱼胚胎和幼鱼的发育成像

E-ZEM在48小时的胚胎发育观察中表现出色，36个胚胎在腔体内正常发育，保持了良好的一致朝向。LL-ZEM确保了幼鱼侧卧时的稳定定位，整个身体轴线的焦点均匀，适用于心跳、血流等生理活动的动态观察。DL-ZEM则成功实现了幼鱼背腹方向的稳定成像，为形态学分析提供了清晰视角。

3.3. 斑马鱼胚胎和幼鱼的荧光成像

在纳米塑料生物分布研究中，ZEM平台展现出强大优势。胚胎暴露于50纳米荧光聚苯乙烯纳米塑料(fluorescent polystyrene nanoplastics, PSNPs)后，E-ZEM实现了去绒毛膜和未去绒毛膜样本的标准化成像，清晰显示PSNPs的浓度依赖性积累。幼鱼实验中，LL-ZEM稳定定位样本，准确显示PSNPs在颌部和肠道区域的特异性分布，荧光强度定量分析证实了良好的剂量-效应关系。

3.4. 基于成像分析的毒性测试

应用ZEM平台评估苯并[a]芘(Benzo[a]pyrene, BaP)的发育毒性，研究人员成功观察到浓度和时间依赖性的形态异常。10 μM BaP暴露引起最严重的毒性效应，包括水肿形成、鳔未充气、卵黄吸收减少和颅面畸形等。ZEM实现的多样本同时成像，为毒性评估提供了可靠的统计学基础。

研究讨论部分强调，ZEM平台在结构设计和功能实现上均优于传统包埋技术。铝制材料确保模具精度和耐用性，阶段特异性设计支持发育过程的纵向研究。与微流控等自动化系统相比，ZEM兼具成本效益和操作简便性，兼容多种显微镜类型，在普通实验室条件下即可实现高通量标准化成像。

该研究的创新性在于提供了一套完整的斑马鱼成像解决方案，有效解决了样本定位不一致、图像质量参差不齐等技术难题。ZEM平台不仅提高了实验效率，更显著增强了数据的可靠性和可比性，在发育生物学、毒理学和药物筛选等领域具有广泛应用前景。随着自动化成像技术的不断发展，这一平台有望成为斑马鱼研究的标准工具，推动相关领域的进步。