$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Zarodek Drosophila nadal jest głównym modelem do badania podstawowych mechanizmów rozwoju2. Ten potężny model jest wspierany przez szeroki wachlarz narzędzi genetyki molekularnej, które pozwalają na manipulację zasadniczo dowolnym genem w dowolnym momencie i w obrębie każdego rozwijającego się narządu. Niewielki rozmiar, szybki rozwój i obszerna charakterystyka morfogenezy zarodka Drosophila sprawiają, że jest to model z wyboru dla genetycznych badań przesiewowych, z których wiele odkryło podstawowe ścieżki rozwojowe3,4. Scharakteryzowano liczne fenotypy w zarodku Drosophila, które są łatwe do interpretacji, często dostarczając środków do identyfikacji podstawowych molekularnych mechanizmów genetycznych odpowiedzialnych za nieprawidłową cechę.
Historycznie rzecz biorąc, wadą modelu embrionalnego muchy była trudność we wprowadzaniu małych cząsteczek do tkanek embrionalnych. Ta przeszkoda stworzyła ograniczenia w zakresie: 1) wykorzystania znanych bioaktywnych małych cząsteczek jako sond do badania mechanizmów rozwojowych oraz 2) wykorzystania tego ustalonego modelu do oceny aktywności teratogennej lub farmakologicznej niescharakteryzowanych małych cząsteczek. W związku z tym potencjał przesiewowy zarodka muchy nie został w pełni wykorzystany w charakterystyce aktywności małych cząsteczek.
Dostarczanie małych cząsteczek do zarodka muchy można osiągnąć za pomocą dwóch metod: 1) przenikania skorupki jaja i 2) mikroiniekcji. W artykule przedstawiono postępy w metodzie przenikania, które są łatwe do wykonania w warunkach konwencjonalnego laboratorium Drosophila. Należy zauważyć, że ostatnie postępy w metodach mikroiniekcji z wykorzystaniem technologii mikrofluidycznej również przyczyniają się do rozwoju metod wprowadzania związków do zarodka5,6. Wprowadzaniu cząsteczek do zarodka zapobiega woskowa warstwa skorupki jaja7. Skorupka jaja Drosophila składa się z pięciu warstw. Od wewnątrz na zewnątrz są to: błona witelinowa, warstwa woskowa, wewnętrzna warstwa kosmówkowa, endochorion i egzochorion8. Trzy zewnętrzne warstwy kosmówkowe można usunąć przez krótkie zanurzenie zarodka w rozcieńczonym wybielaczu, etap określany jako dechorionacja. Odsłonięta warstwa woskowa może być następnie naruszona przez wystawienie na działanie rozpuszczalników organicznych, takich jak heptan ioktan 7,9, co sprawia, że zdekorionowany zarodek staje się przepuszczalny, podczas gdy pozostaje zamknięty w leżącej poniżej błonie witelinowej. Jednak stosowanie tych rozpuszczalników powoduje komplikacje ze względu na ich toksyczność i trudności w regulacji ich silnego działania przepuszczalnego, które mają wyraźny negatywny wpływ na żywotność zarodka9,10.
Metoda przenikania przy użyciu kompozycji określanej jako rozpuszczalnik do przepuszczalności zarodków (EPS) została wcześniej opisana1. Rozpuszczalnik ten składa się z d-limonenu i środków powierzchniowo czynnych pochodzenia roślinnego, które umożliwiają mieszanie rozpuszczalnika z wodnymi. Niska toksyczność d-limonenu i zdolność do rozcieńczania rozpuszczalnika do pożądanych stężeń pozwoliły na uzyskanie skutecznej metody wytwarzania przepuszczalnych zarodków o wysokiej żywotności1. Jednak dwa czynniki endogeniczne nadal powodują ograniczenia w aplikacji. Po pierwsze, zarodki wykazują niejednorodność przepuszczalności po leczeniu EPS, nawet jeśli dba się o utrzymanie ścisłej oceny rozwoju. Po drugie, zarodki starsze niż około ośmiu godzin okazały się trudne do przepuszczalności, co jest zgodne z twardnieniem skorupki jaja, które następuje po złożeniu jaj11.
Opisane tutaj są postępy w metodzie EPS, które: 1) pomagają w identyfikacji i analizie prawie identycznie permeabilizowanych zarodków, nawet po wykonaniu etapów fiksacji i barwienia immunologicznego oraz 2) umożliwiają przenikanie zarodków w późnych punktach rozwojowych (>8 godzin, stadium 12 i starsze). W szczególności opisano zastosowanie barwnika dalekiej czerwieni, kwasu karboksylowego CY5, który służy jako wskaźnik przepuszczalności, który utrzymuje się w zarodku podczas rozwoju i po utrwaleniu formaldehydu. Ponadto wykazano, że hodowla zarodków w temperaturze 18 °C utrzymuje skorupkę jaja w stanie wrażliwym na EPS, umożliwiając przenikanie zarodków w późnym stadium (stadia 12-16).
Te postępy przezwyciężają wcześniej wspomniane ograniczenia metodologii EPS. Aplikacja ta zapewni zatem badaczom środki do wprowadzania małych cząsteczek będących przedmiotem zainteresowania do zarodka w różnych punktach rozwojowych przy jednoczesnym zachowaniu żywotności.