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El desarrollo de un embrión en 3D y alta definición: de 1 a 1000 células en 180 minutos

Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) desarrollan una nueva técnica para visualizar y cuantificar el desarrollo embrionario del pez cebra. La investigación, publicada en la revista Science, describe con una precisión sin precedentes el desarrollo desde la primera célula fertilizada hasta su conversión en un embrión de 1000 células en tres horas.

Reconstrucción digital 3D del desarrollo embrionario. CREDITOS: Olivier, Luengo-Oroz, Duloquin et al.

Capturar los primeros instantes de vida de un embrión en un vídeo de alta resolución sin perturbar tan frágil proceso. Éste es el objetivo alcanzado por un consorcio franco-español formado por el Centro Nacional de Investigación Científica francés CNRS, la École Polytechnique de Paris y el grupo Biomedical Image Technologies, dirigido por el catedrático Andrés Santos, de la UPM y miembro del Centro de Investigación Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN).

Este estudio describe cuantitativamente el nacimiento y desarrollo de cada una de las células de un embrión de pez cebra durante sus 3 primeras horas de vida hasta alcanzar las 1000 células. El pez cebra es usado como referencia para el estudio del cáncer, en investigación sobre células madre o para comprender los procesos de formación de órganos en los vertebrados.

La investigación publicada recientemente en la revista Science, y comentada en la revista Nature, propone una metodología para filmar las primeras etapas del desarrollo y construir el árbol del linaje celular. Se trata de identificar la posición de cada célula del embrión y a qué órgano va a dar lugar su descendencia.

Para ello, se ha desarrollado una nueva técnica de microscopía que genera una imagen 3D del embrión vivo cada minuto aprovechando las propiedades ópticas no lineales de las membranas y núcleos celulares. Mediante algoritmos matemáticos aplicados a las imágenes obtenidas se consigue reconstruir digitalmente todas las células del embrión y medir características tales como la forma de la membrana celular.

La investigación ha mostrado que los procesos que ocurren durante esta etapa del desarrollo son más asíncronos y asimétricos de lo que se pensaba previamente. De este modo, las primeras divisiones en el embrión no son síncronas sino que tienen lugar siguiendo un patrón en forma de onda a través del embrión. Procesos biológicos que hacen “la ola” a través del embrión. Esto hace que, por ejemplo, células surgidas de la misma división no se dividan al mismo tiempo.

La metodología propuesta servirá como referencia para futuros estudios en biología de sistemas. Según explica Miguel A. Luengo-Oroz - coautor de la publicación-, la colaboración entre biólogos, ingenieros, matemáticos y físicos en esta investigación es un claro ejemplo de cómo la biología está entrando en la era digital. El cambio de las descripciones verbales clásicas de la biología por descripciones formales y cuantitativas obtenidas a través de la matemática aplicada es fundamental para entender los procesos biológicos complejos. Los equipos de investigación multidisciplinares tendrán cada vez más importancia en la investigación biomédica en los próximos años.

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Referencias bibliográficas:

Olivier, N., Luengo-Oroz, M.A., Duloquin, L., Faure, E., Savy, T., Veilleux, I., Solinas, X., Débarre, D., Bourgine, P., Santos, A., Peyriéras, N., Beaurepaire, E.; "Cell Lineage Reconstruction of Early Zebrafish Embryos Using Label-Free Nonlinear Microscopy", Science, 329 (5994): 967-971. 20 de agosto de 2010.

Olivier, N., Luengo-Oroz, M.A., Duloquin, L., Faure, E., Savy, T., Veilleux, I., Solinas, X., Débarre, D., Bourgine, P., Santos, A., Peyriéras, N., Beaurepaire, E."Developmental biology: Live-action embryos", Nature 466 (7310):102. 26 de agosto de 2010.

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Video del desarrollo del pez cebra.

La barra de escala corresponde a 100 micras. CREDITOS: Olivier, Luengo-Oroz, Duloquin et al.

Fuente: Universidad Politécnica de Madrid
Derechos: Creative Commons
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