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Los animales son sistemas altamente complejos compuestos por cientos de tipos de células diferentes organizados en docenas de tejidos y órganos distintos. Estudiar cómo los grupos de células interactúan entre sí y con su entorno durante el desarrollo embrionario no solo nos brinda una mejor comprensión de cómo se construyen los cuerpos adultos, sino que también puede revelar los fundamentos moleculares y celulares de enfermedades y defectos de nacimiento. Ciertos sistemas modelo son más adecuados para abordar cuestiones biológicas específicas que otros, y los científicos emplean una amplia variedad de especies y técnicas experimentales para sondear toda la diversidad de la biología de los organismos. Por ejemplo, un experimento de biología del desarrollo determinado puede involucrar ingeniería genética, disecciones de animales, biología molecular, bioquímica y microscopía de alta resolución. Dichos métodos pueden ser difíciles de reproducir basándose únicamente en descripciones y figuras escritas y, por lo tanto, es importante documentarlos en forma de video para fomentar la difusión de la técnica y los métodos de análisis adecuados.
La relación entre los mecanismos de desarrollo y la regeneración, particularmente en el sistema nervioso, es un área de intenso interés, y el pez cebra, Danio rerio, se ha convertido en un modelo clave en este campo debido a su crecimiento a lo largo de la vida y sus capacidades regenerativas. En particular, existe una interacción compleja entre las células de la retina y el tectum óptico, y esta interacción es necesaria para establecer conexiones adecuadas a medida que se agregan nuevas neuronas a los ojos yal cerebro. Hagen et al. describen una técnica para caracterizar cómo el crecimiento y el desarrollo neuronal se ven afectados por la denervación después de la extirpación ocular en embriones vivos de pez cebra2. Describen en detalle cómo 1) realizar una cirugía de extirpación ocular, 2) cultivar larvas después de la cirugía, 3) fijar, diseccionar y almacenar las muestras cerebrales, 4) realizar inmunofluorescencia y 5) montar y obtener imágenes adecuadas de las muestras. Esta técnica se puede utilizar para estudiar una amplia variedad de procesos de neurodesarrollo en tejidos fijos, y también se puede modificar para experimentos en embriones vivos.
Las células de la cresta neural (NCC) representan un importante linaje de desarrollo que da lugar a células pigmentarias, cartílago, hueso, músculo liso, neuronas y glía, y estas células están implicadas en muchos tiposde defectos de nacimiento. Además de su impresionante pluripotencia, las NCC también experimentan una transición epitelial a mesenquimal seguida de una migración extensa durante el desarrollo, lo que las convierte en un paradigma fascinante para comprender la interacción entre el destino celular y la morfología4. Los embriones de pollo son un sistema poderoso para estudiar la biología de los NCC, ya que los NCC se pueden visualizar in vivo y cultivar ex vivo, lo que permite muchos tipos de tratamientos moleculares que son difíciles con otros sistemas. Jacques-Fricke et al. describen un método flexible para cultivar pliegues neurales craneales para generar cultivos primarios de NCC en cubreobjetos recubiertos de fibronectina, que luego pueden ser seguidos por experimentos de imágenes fijas o en vivo5. Describen cómo 1) incubar y aislar los embriones, 2) diseccionar y colocar placas en los pliegues neurales, 3) fijar y teñir los NCC, y 4) cuantificar y analizar la morfología de los NCC.
La membrana basal, una matriz extracelular generada a lo largo de la superficie basal de las células epiteliales, es fundamental para el establecimiento de la morfología tisular y la función de los órganos en los animales6. El epitelio folicular de Drosophila , que rodea el óvulo en formación, es un excelente modelo para estudiar cómo se forman las membranas basales, ya que secreta todos los principales componentes conservados de la membrana basal7, y la matriz está orientada hacia el "exterior" de la cámara del huevo, lo que facilita los análisis basados en microscopía8. Shah y Devergne describen el uso de uno de los tipos más populares de microscopía de superresolución, Airyscan, para examinar cómo el tráfico vesicular afecta la formación de la membrana basal9. Muestran cómo 1) recolectar y reparar ovarios de Drosophila , 2) realizar inmunofluorescencia, 3) montar correctamente las muestras y 4) capturar conjuntos de datos de superresolución de alta calidad para análisis tridimensionales. Observamos que este artículo incluye un tutorial extremadamente útil y conciso sobre la adquisición adecuada de conjuntos de datos confocales tridimensionales no saturados, que debería ser de interés general para cualquiera que desee cuantificar imágenes de fluorescencia.
Si bien las tecnologías de superresolución basadas en microscopios (por ejemplo, STED, SIM y Airyscan)10 se están volviendo cada vez más comunes, son más caras que los microscopios confocales estándar y no están disponibles para todos los investigadores. Una técnica alternativa para obtener imágenes de superresolución es la microscopía de expansión (ExM), que implica el agrandamiento físico de una muestra biológica en tres dimensiones mediante la incrustación y unión a un hidrogel hinchable11. Las muestras expandidas se pueden visualizar utilizando un microscopio confocal estándar para generar imágenes con una resolución lateral del orden de decenas de nanómetros, rivalizando con otros tipos de microscopía de superresolución12. Nuestro grupo describe cómo implementar ExM en embriones de Drosophila de montaje completo para revelar características subcelulares del citoesqueleto de actomiosina y redes mitocondriales que no son detectables con microscopía confocal estándar13. Describimos cómo 1) seleccionar embriones correctamente estadificados, 2) realizar inmunofluorescencia, 3) preparar y montar los embriones para la expansión, 3) digerir y expandir los embriones, y 4) recopilar conjuntos de datos de superresolución. Esta técnica debería ser modificable para una amplia gama de especímenes biológicos del orden de 1 mm, haciéndola accesible a una amplia gama de laboratorios de biología.
La biología del desarrollo es, por necesidad, un campo altamente inventivo e interdisciplinario que se basa en técnicas de diversas áreas científicas para cuantificar la biología celular tal como ocurre en el animal. Aquí, destacamos cuatro métodos de biología del desarrollo en el pez cebra, el pollito y la mosca de la fruta que cuentan con técnicas clásicas y de vanguardia para probar la morfología celular y la localización de proteínas subcelulares durante el desarrollo animal. Actualmente, el campo se centra en fusionar análisis cuantitativos de morfología y comportamiento celular con experimentos transcriptómicos y proteómicos para revelar la diversidad completa de moléculas y fuerzas biomecánicas que controlan el desarrollo animal.