| Summary: | Studying some of the central questions in evolutionary biology, development, and genetics remains difficult due to the reliance on manual methods for handling whole organisms. Sample sizes are indirectly capped by the time and imprecision associated with manual methods, especially in the manual mounting of organisms for imaging. This can be further complicated by short developmental timelines for certain species, especially when attempting to analyze early embryonic events. For example, the discovery of rare gap gene variants in a population of Drosophila melanogaster embryos is extremely difficult using current techniques. Here we present our investigation into possible methods to handle and array D. melanogaster embryos in a high-throughput manner. An analysis of the surface properties of these embryos, as well as the successful application of template-assisted self assembly, lead us to the development of a rapid, semi-autonomous fluidic chamber which can assemble up to 375 D. melanogaster embryos within 15 minutes and without detriment to survival. Our unique assembly method relies on the capillary effect exerted by a moving liquid front combined with gentle suction applied via syringe pump. The chamber is simply and quickly constructed using inexpensive materials. An aluminum mold was machined once using CNC milling and then repeatedly used to mold silicone polymer into an array of embryo-sized micro-wells, each containing a single perforation, which is then placed inside a custom three-layer fluidic device. A suspension of D. melanogaster embryos is dewetted over the pattern of micro-wells, resulting in a regular array of embryos on a transparent polymer sheet for immediate imaging, analysis, and subsequent release. After optimizing operating parameters, we have achieved 61.2% assembly efficiency with an 89% embryo survival rate. This tool can facilitate high-throughput research on D. melanogaster embryos, giving scientists the ability to process larger sample sizes and quickly screen whole populations for rare genetic variants. === L'étude de certaines questions centrales à la biologie de l'évolution, du développement, et de la génétique reste difficile en raison des méthodes manuelles de manipulation d'organismes vivants et entiers. La taille d'échantillon des expériences est directement limitée par le temps et l'imprécision associés aux méthodes manuelles, tout spécialement dans le montage manuel des organismes afin d'acquérir des images. Ceci peut être particulièrement complexe dans le cas de certaines espèces pour lesquelles le temps de développement est très court, et lorsqu'on essaie d'analyser les évènements précoces du développement. Par exemple, la découverte de variations rares dans les gènes gap de populations d'embryons de Drosophila melanogaster est très difficiles avec les méthodes disponibles. Dans cette thèse, nous présentons notre investigation des méthodes possibles pour manipuler et arranger rapidement des centaines d'embryons de D. melanogaster. L'analyse des propriétés de la surface de ces embryons, ainsi que l'application de l'auto-assemblage assisté par une matrice, nous mène au développement d'une chambre fluidique semi-autonome qui peut assembler jusqu'à 375 embryons de D. melanogaster en deçà de 15 minutes et cela sans influencer la survie de ces embryons. Notre méthode d'assemblage unique dérive de l'effet capillaire exercé par le front d'un liquide en mouvement ainsi que la succion légère d'une pompe-seringue. La chambre fluidique est simple et facile à construire, utilisant des matériaux peu dispendieux. Un moule unique d'aluminium fût usiné et ensuite utilisé à mainte reprises afin de fabriquer des moules composés d'un polymère de silicone, qui consistent en une matrice de micro-puits de la tailles des embryons, chacun contenant un minuscule trou. Le moule en élastomère qui en résulte est ensuite placé dans un dispositif fluidique a trois couches fabriqué spécialement pour les moules. Une suspension d'embryons de D. melanogaster est assemblée sur les micro-puits, résultant en une matrice régulière d'embryons positionnés sur le polymère transparent qui peut être imagés immédiatement, analysés, et ensuite relâchés. Après avoir optimisé les paramètres d'opération, nous avons obtenu une efficacité d'assemblage de 61.2%, avec un taux de survie des embryons de 89%. Cet outil peut faciliter la recherche sur les embryons de D. melanogaster qui requiert une technique d'assemblage de centaines d'embryons de façon rapide, donnant ainsi aux scientifiques la possibilité d'imager et analyser un grand nombre d'embryons et de dépister des rares variations génétiques dans des populations entières.
|
|---|
