Las espectaculares imágenes del desarrollo embrionario en 4D.

Por Nicolás Jouve, Catedrático Emérito de Genética.

En octubre de 2018, se publicaron en Cell los resultados del estudio  del desarrollo embrionario temprano in vivo, en ratones, realizados por el Dr. McDole y su equipo, en el Janelia Research Campus, Howard Hughes Medical Institute, en Ashburn, Virginia, EE.UU. [1]. El trabajo se acompaña de unas imágenes espectaculares del desarrollo embrionario.

En este video, se muestra el desarrollo de un embrión de ratón, capturado mediante microscopía adaptativa de láminas de luz, que permite ver la activa división celular (parte A), los movimientos celulares (parte B) y la dinámica de tejidos (partes C, D) durante la embriogénesis temprana.

El video es el resultado de la confluencia de una serie de técnicas para visualizar las primeras etapas del desarrollo de embriones de ratón. Para ello se procede al mantenimiento de embriones vivos en un fluido que asemeja el útero, y se lleva a cabo un marcado celular con fluorescencia para su observación con un microscopio confocal, que permite el embrión en profundidad, reconstruyendo las imágenes ver en láminas capa a capa en sus 3 dimensiones, y paso a paso a lo largo del tiempo, en 4 D, todo ello con un procesamiento digital.

Al principio del video aparece una mancha azul brillante y ondulante, el embrión temprano, visualizado con un nuevo microscopio de alta resolución. En 26 segundos se ve cómo se multiplican las diminutas células cómo interactúan y se organizan para dar forma a los primeros sistemas de órganos de un embrión de ratón vivo.

Se ve cómo se alarga el embrión y en uno de sus extremos se forma un hueco que dará lugar al sistema digestivo, el estómago, el páncreas y el hígado del ratón. Al mismo tiempo va surgiendo una línea blanca y estrecha que se extiende de un extremo al otro sobre la pared externa del embrión, es la línea primitiva, que marca la formación de la notocorda, de la que más adelante surgirá la columna vertebral. También se aprecia la aparición de una formación que se contrae y expande regularmente… es el corazón que ya empieza a latir.

En este otro Video de unos 6 minutos, explican más, sobre el tipo de microscopio que han utilizado para tomar las imágenes de los embriones in vivo (desde el minuto 1:45)… y los resultados de la observación desde el principio del desarrollo hasta la gastrulación (formación de la estría primitiva), aparición del corazón latiendo:

Estas imágenes son el resultado de nuevos avances tecnológicos que permiten la visualización de la morfogénesis embrionaria, con una resolución de una sola célula, en embriones de ratón.

Un avance extraordinario y sin precedentes que ilustra la continuidad del desarrollo embrionario y demuestra que la vida es un proceso cuyo inicio es la fecundación y cuyo transcurso temporal implica un crecimiento en número de células al tiempo que una organización en el espacio, regulada genéticamente, de modo que cada célula cumple una funcionalidad distinta que se integra en el conjunto.

El desarrollo embrionario es el resultado de una sucesión de expresiones genéticas perfectamente programadas en espacio y tiempo. De los 21.000 genes de nuestro genoma más de la mitad se expresan muy pronto de forma diferencial en las distintas células que lo componen, para ir moldeando de forma paulatina las estructuras que lo conducen hacia un organismo cada vez más complejo, pero maravillosamente constituido por elementos funcional y morfológicamente diferentes.

La integración de todo este conjunto de avances para la visualización de los embriones durante su desarrollo en tiempo real, con lo que ya se va sabiendo del análisis de la expresión génica, gracias otra tecnología revolucionaria, la secuenciación del ARN de una sola célula (scRNA–seq) [2,3], permite profundizar en lo que se ha dado en llamar el «universo de datos xyztg». Es decir, la descripción del estado de todo el genoma (g) a través del tiempo (t) en los tres ejes cardinales del espacio (x, y, z).

Si hay que ver para creer, los nuevos avances tecnológicos, no dejan lugar a dudas para comprender como tras la fecundación, la célula totipotente originada, el cigoto, se auto-organiza y conduce a la formación de un organismo animal adulto, sea ratón, humano o de cualquier otra especie de morfogénesis equivalente.

Referencias

[1] K. MCDOLE y otros. «In Toto Imaging and Reconstruction of Post-Implantation Mouse Development at the Single-Cell Level».  Cell 18, 175(3)  (2018) 859-876

[2] A. KOLODZIEJCZYK y otros, «The technology and biology of single-cell RNA sequencing». Mol. Cell.58 (2015) 610–620.

[3] V. SVENSSON y otros, «Power analysis of single-cell RNA-sequencing experiments. Nat. Methods 14 (2017) 381.