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El mantenimiento de los niveles de sal y agua en los insectos les permite tener éxito en muchos nichos ecológicos y ambientales, utilizando una variedad de estrategias de alimentación1. La mayoría de los insectos han desarrollado mecanismos para regular la composición de su hemolinfa dentro de límites estrechos con el fin de soportar los diferentes desafíos asociados con su entorno particular2. Los insectos terrestres a menudo se enfrentan al desafío de conservar el agua y el sistema excretor se somete a antidiuresis para evitar la pérdida de agua y algunas sales esenciales, por lo tanto, evitando la desecación. Por el contrario, la diuresis ocurre cuando el insecto se alimenta y es desafiado con el exceso de agua y potencialmente sales3,4. A través de su sistema excretor especializado y altamente activo, los insectos han desarrollado mecanismos reguladores que actúan para contrarrestar sus desafíos osmorreguladores. En los mosquitos adultos Aedes aegypti, el sistema excretor está compuesto por los túbulos de Malpighian (MT) y el intestino posterior, este último formado por el íleon anterior y el recto posterior5. Los MT son responsables de generar orina primaria, generalmente rica en NaCl y/o KCl. La orina primaria se modifica a través de procesos secretores y reabsortivos a medida que viaja aguas abajo del túbulo y entra en el intestino posterior5. Los excrementos finales pueden ser hiper o hipoosmóticos a la hemolinfa, dependiendo de las condiciones de alimentación/ambientales, y están enriquecidos en desechos tóxicos y nitrogenados2.
Las MT son ideales para estudiar muchas características del transporte de líquido epitelial y soluto, ya que realizan una gran variedad de funciones de transporte y excretoras2,6. A través de la regulación hormonal2, las MT funcionan secretando iones y otros solutos de la sangre hacia el túbulo lumen7, proporcionando un gradiente osmótico que permite que el agua sea transportada por acuaporinas8,9, que colectivamente crea la orina primaria, antes de viajar hacia el intestino posterior reabsortivo2. Por lo tanto, al recolectar el fluido secretado de MT aislados, se puede monitorear continuamente el transporte transepitelial de fluido e iones. La medición de la tasa de secreción y la composición de la orina proporciona información sobre los mecanismos responsables del transporte de iones y líquidos transepiteliales. Un método popular para estudiar las tasas de secreción de fluidos es el ensayo de Ramsay, que fue introducido por primera vez por Ramsay en 195310. En este método, el extremo distal (cerrado) del túbulo se trata con una hormona (u otro compuesto / fármaco de prueba), mientras que el extremo proximal (abierto) se envuelve alrededor de un alfiler en aceite de parafina saturado de agua, que secreta la orina primaria, acumulándose como una gota en la punta del alfiler. Los MT aislados son capaces de sobrevivir y funcionar durante largos períodos (hasta 24 h) en condiciones in vitro optimizadas, lo que los convierte en modelos adecuados y eficientes para la medición de la secreción de fluidos. Los insectos tienen sistemas circulatorios abiertos, por lo que los MT se diseccionan y eliminan fácilmente, ya que generalmente flotan libremente en la hemolinfa6. Además, con la excepción de los pulgones, que carecen de MT11, el número de MT en una especie de insecto dada puede variar considerablemente de cuatro a cientos (cinco en mosquitos Aedes), lo que permite múltiples mediciones de un insecto.
Los MT en los mosquitos Aedes, al igual que otros insectos endopterigotas, están compuestos por dos tipos de células que forman un epitelio simple2,12; células principales grandes, que facilitan el transporte activo de cationes (es decir, Na+ y K+) hacia la luz, y células estrelladas delgadas, que ayudan en la secreción transepitelial de Cl-13. Los MT no están inervados2, sino que están regulados por varias hormonas, incluidos factores diuréticos y antidiuréticos, lo que permite el control del transporte de iones (principalmente Na+, K+ y Cl-) y el agua osmóticamente obligada2. Numerosos estudios han examinado la regulación hormonal de los MT de Aedes para comprender el papel de los factores endocrinos en el transporte transepitelial14,15,16,17,18. Como se muestra en los resultados representativos, los protocolos aquí presentes demuestran los efectos de diferentes factores hormonales en TM aislados de mosquitos A. aegypti hembras adultas, incluido el control diurético y antidiurético (Figura 1). El ensayo de Ramsay se utiliza para demostrar cómo una hormona antidiurética, AedaeCAPA-1, inhibe la secreción de líquido de LAS ESTIMULADAS por la hormona diurética 31 (DH31) (Figura 1).
El tamaño más pequeño de los insectos ha requerido el desarrollo de micro métodos para medir la actividad iónica y las concentraciones en muestras de fluidos, o cerca de la superficie de tejidos aislados como los MT y el intestino. Se han implementado diversos métodos, incluyendo el uso de radioisótopos de iones19, que requiere la recolección de las gotas de fluido secretadas para la medición de las concentraciones de iones20. Los túbulos de Aedes estimulados in vitro generalmente secretan ~ 0.5 nL / min21, por lo que el manejo de volúmenes tan pequeños puede representar un desafío y potencialmente introducir errores en la transferencia. Como resultado, los microelectrodos selectivos de iones (IME) se han utilizado ampliamente para medir las concentraciones de iones en gotas secretadas de MT in vitro. En este método, un electrodo de referencia y un ISME, llenos de la solución de relleno y el ionóforo apropiados, se colocan en la gota de orina secretada para determinar las concentraciones de iones22. Adaptado de Donini y sus colegas23, este protocolo actual utiliza un ionóforo selectivo de Na+ para medir la actividad iónica en gotitas secretadas de MT estimuladas en mosquitos Aedes adultos. Dado que los microelectrodos selectivos de iones miden la actividad iónica, estos datos pueden expresarse como concentraciones de iones siguiendo el supuesto de que las soluciones de calibración y las muestras experimentales comparten el mismo coeficiente de actividad iónica21 (Figura 1B,C).
La técnica de electrodo selectivo de iones de barrido (SIET) también hace uso de ISMEs para medir gradientes de concentración de iones en la capa no erosionada adyacente a órganos, tejidos o células que transportan iones. Los ISMEs miden gradientes de voltaje que luego se pueden usar para calcular los gradientes de concentración de iones y la dirección y magnitud del flujo de iones a través del órgano, tejido o célula20. En esta técnica, el ISME se monta en un manipulador de tres ejes controlado por motores micropastores computarizados para que su posición 3D se controle al nivel micrométrico20. Los voltajes se miden en dos puntos dentro de la capa no agitada utilizando un protocolo de muestreo programado y controlado por un software informático. Los dos puntos están típicamente separados por una distancia de 20–100 μm con un punto dentro de 5–10 μm de la superficie del órgano, tejido o célula y el segundo punto a 20–100 μm de distancia. La diferencia de magnitud de tensiones entre los dos puntos se calcula para obtener un gradiente de tensión24,25,26, que luego se utiliza para calcular el gradiente de concentración y posteriormente el flujo neto utilizando la Ley de Fick24,27. Este método es útil para evaluar el transporte de iones específicos a través de diferentes regiones del intestino del insecto y las MT, o en puntos de tiempo específicos después de una exposición a la harina de sangre o al tratamiento. Por ejemplo, el SIET se puede utilizar para comprender cómo los procesos de absorción y secreción en el sistema excretor de mosquitos están regulados por hormonas28, así como por diferentes comportamientos de alimentación y condiciones de cría25. Trabajos previos utilizando el SIET revelaron sitios involucrados en el transporte de iones a lo largo de las papilas anales y el recto de mosquitos larvales y adultos24,28. El protocolo actual, descrito anteriormente por Paluzzi y sus colegas26, mide el flujo de Na+ a través de los epitelios de la almohadilla rectal del recto femenino adulto (Figura 2).
El segmento final del sistema excretor de mosquitos requiere un movimiento muscular coordinado para ayudar a mezclar los alimentos y secretar desechos26. Los productos no absorbibles de la digestión del intestino medio, junto con la orina primaria secretada por los MT, se pasan a través de la válvula pilórica y se entregan al intestino posterior2. Las contracciones espontáneas del intestino posterior comienzan en la válvula pilórica y ocurren en ondas peristálticas, que se transmiten sobre el íleon a través de la contracción coordinada de los músculos circulares y longitudinales que rodean la superficie basal de las células epiteliales26. Finalmente, los músculos dentro del recto ayudan a impulsar y eliminar los desechos a través del canal anal. Aunque la motilidad del intestino posterior de los insectos es miogénica, requiriendo Ca2+ extracelular para producir contracciones espontáneas, estos procesos también pueden ser regulados neuronalmente26,29,30. Esta regulación exógena por parte del sistema nervioso es importante después de la alimentación, ya que el animal debe expulsar los desechos del intestino y restaurar el equilibrio hemolinfático31. Como resultado, la realización de bioensayos in vitro para identificar neuropéptidos mioestimuladores o mioinhibitorios es útil para evaluar cómo los neuroquímicos influyen en la motilidad del intestino posterior. El protocolo actual, realizado por Lajevardi y Paluzzi28, utiliza grabaciones de video para examinar la motilidad ileal en respuesta a neuropéptidos (Figura 3). Del mismo modo, también se puede utilizar un transductor de fuerza o un convertidor de impedancia para observar rastros de contracciones a través de un software de adquisición de datos32,33. Sin embargo, el uso de la tecnología de video nos permite evaluar visualmente el órgano y analizar más a fondo utilizando un subconjunto de parámetros para identificar el papel de las hormonas en la motilidad del intestino posterior.
El uso de estas técnicas puede ayudar a caracterizar los factores que regulan y coordinan el transporte de líquidos e iones a lo largo del sistema excretor junto con la motilidad del intestino posterior. Es importante destacar que se apoya un vínculo funcional entre la respuesta diurética de los MT y la motilidad del intestino posterior, ya que también se ha encontrado que las hormonas diuréticas, como DH31 y 5HT, caracterizadas por su capacidad para estimular la secreción de líquidos por las MT, exhiben acciones miotrópicas a lo largo del intestino posterior del mosquito21,34,35 . Estos hallazgos resaltan la importancia de una coordinación estricta entre los MT y el intestino posterior durante eventos como la diuresis postprandial en insectos que requieren una rápida eliminación de desechos.
Aquí, se describe el enfoque detallado detrás de la técnica de ensayo de Ramsay para medir la tasa de secreción de líquido en el mosquito, A. aegypti, y el uso de microelectrodos selectivos de iones para determinar las concentraciones de Na + dentro del fluido secretado de los MT, que cuando se combinan permite determinar las tasas de transporte de iones transepiteliales. Además, se describen la Técnica de Electrodo Selectivo de Iones de Barrido y los ensayos de contracción del intestino posterior para medir el flujo iónico y la motilidad, respectivamente, lo que ayuda a dilucidar la regulación hormonal del intestino posterior (Figura 4).