2.5: Cultivo de explantes para estudios de desarrollo

El cultivo de explantes es una técnica en la que se extraen tejidos y órganos completos, o "explantados", de un feto o embrión y se cultivan fuera del cuerpo, o "ex vivo". Estos métodos proporcionan una ventana única para ayudarnos a comprender el proceso de desarrollo al permitir observaciones directas del crecimiento de órganos y tejidos, un proceso llamado organogénesis.

Este video examinará los principios básicos del cultivo de explantes, describirá los pasos clave del procedimiento, discutirá las manipulaciones típicas y proporcionará aplicaciones específicas de esta técnica en estudios del desarrollo.

Antes de describir cómo cultivar explantes, repasemos algunos de los principios detrás de esta técnica.

El cultivo de explantes es aplicable a una variedad de tejidos embrionarios de una amplia gama de organismos. Esta técnica es ideal para el estudio del desarrollo de los órganos, ya que los cambios estructurales, conocidos como morfogénesis, se pueden observar directamente en función del tiempo. Además, los tejidos pueden ser tratados con moléculas experimentales para determinar su impacto en el desarrollo. Además, cuando el cultivo de explantes se combina con herramientas moleculares para alterar la expresión génica y la microscopía de fluorescencia, se convierte en una poderosa herramienta para abordar cuestiones de diferenciación celular y tisular.

A continuación, revisemos un protocolo para el cultivo de explantes de tejidos de mamíferos.

Para iniciar el procedimiento, se extraen embriones de un roedor preñado sacrificado. Después de la extracción de las membranas circundantes, se aísla el embrión. A continuación, los tejidos u órganos de interés se aíslan del embrión extraído y se transfieren a placas para su crecimiento. Se añaden medios que contienen antibióticos y las placas se cultivan en una incubadora de 37 °C. Los explantes de tejido ya están listos para su manipulación.

Una vez que se establecen los cultivos de explantes, se pueden realizar varios tipos de manipulaciones.

Por ejemplo, el tejido explantado puede ser manipulado genéticamente para probar el papel de un gen de interés en un proceso de desarrollo específico. Esto se puede lograr introduciendo material genético en el tejido utilizando técnicas como la electroporación, en la que se utiliza un campo eléctrico para impulsar el ADN inyectado a las células cercanas.

Los explantes también se utilizan con frecuencia para probar el papel que desempeñan las moléculas de señalización, como los factores de crecimiento, en la organogénesis. El cultivo de tejidos in vitro es especialmente útil para este tipo de estudios porque el tratamiento con el compuesto es tan sencillo como añadirlo al medio de cultivo. Sin embargo, también se pueden implantar pequeñas perlas empapadas en compuestos experimentales en el tejido para un enfoque más controlado del tratamiento químico.

Independientemente del enfoque, una de las principales ventajas de la técnica del explante es que los efectos de las manipulaciones experimentales se pueden visualizar fácilmente en tiempo real, utilizando microscopía óptica o fluorescente.

Ahora, veamos algunas aplicaciones específicas del cultivo ex vivo.

En primer lugar, los explantes representan un sistema modelo en el que se puede visualizar directamente el desarrollo de los tejidos. Por ejemplo, estos investigadores extrajeron el páncreas en desarrollo de ratones embrionarios y lo cultivaron en platos con fondo de vidrio para mejorar las imágenes.

El desarrollo del tejido se puede observar mediante microscopía óptica, pero el uso de tejido transgénico que expresa marcadores fluorescentes proporciona una visión aún más detallada de los procesos de desarrollo, como la gemación de los túbulos. El tejido explantado también puede someterse a inmunotinción, lo que permite a los investigadores controlar el desarrollo de tipos de células específicas, como las células productoras de insulina que se muestran aquí en azul y verde.

Otra aplicación de los cultivos de explantes es ayudar a descifrar el papel de moléculas específicas, como los factores de crecimiento, en la organogénesis.

Aquí, se cultivaron explantes pulmonares fetales disecados de embriones de ratón E12.5 en presencia o ausencia de un factor de crecimiento durante un máximo de 48 horas. Los resultados indican que este factor de crecimiento inhibe la formación de vías respiratorias en el pulmón fetal.

Por último, los explantes de embriones tempranos pueden utilizarse para determinar los mecanismos que controlan la expresión génica durante las primeras etapas de la embriogénesis.

Estos investigadores explantaron dos tipos diferentes de células de la etapa de 16 células de embriones de rana: las que están destinadas a formar estructuras dorsales y las que contribuirán a las estructuras ventrales. Se permitió que los explantes se desarrollaran durante aproximadamente un día antes de la tinción para caracterizar el patrón de expresión de un gen específico del tejido dorsal.

Dado que la expresión de este gen se observó solo en explantes de la región dorsal, se concluyó que los programas de expresión génica estaban codificados en estas células embrionarias, en lugar de ser dirigidos por interacciones célula-célula que ocurren más tarde en el desarrollo.

Ahora hemos visto los sistemas de cultivo de explantes y hemos observado cómo se pueden utilizar en los estudios de desarrollo. Esta técnica es una herramienta poderosa que facilita nuestra comprensión de los mecanismos moleculares que subyacen al desarrollo animal. ¡Gracias por mirar!