Los científicos han capturado el primer ejemplo de un embrión en fase temprana de formación, lo que podría ayudar a resolver el «misterio» de cómo comienzan los defectos congénitos de nacimiento en los seres humanos.
Investigadores australianos observaron con asombro cómo las células de un embrión de codorniz se arrastraban alrededor de su estructura de soporte basada en proteínas, organizándose en la forma más temprana del corazón y la primera fase de su columna vertebral y cerebro, llamada «tubo neural».
Se empleó una técnica innovadora que utiliza proteína fluorescente para iluminar estas células dentro del diminuto embrión, mientras el equipo registraba sus primeros momentos de formación.
Debido a la similitud del embrión de codorniz con el ser humano en estas primeras fases, los investigadores ahora planean estudiar en tiempo real qué errores tempranos de estas células embrionarias conducen a defectos de nacimiento, con el fin de ayudar a mejorar futuros tratamientos para las personas.
Por primera vez, los científicos han grabado un vídeo en tiempo real de un embrión en fase inicial en el que se está formando el «tubo neural» que crecerá hasta convertirse en su cerebro y médula espinal (arriba). Se empleó una técnica innovadora que utiliza proteína fluorescente para iluminar este diminuto embrión
Los investigadores, científicos de biología molecular de la Universidad de Queensland en Australia, informan que estos nuevos videos podrían ayudar pronto a la medicina moderna a comprender los defectos congénitos de nacimiento y cómo corregirlos. Arriba, imágenes de la formación inicial de la columna vertebral y el cerebro del embrión
Arriba, imágenes fijas posteriores de la formación inicial de la columna vertebral y el cerebro del embrión.
Aproximadamente el tres por ciento de todos los bebés humanos nacen con defectos congénitos, dijo el autor principal del estudio, más comúnmente defectos cardíacos y defectos del tubo neural.
Los únicos tratamientos disponibles son cirugías que se realizan pocos días después del nacimiento, pero en los peores casos pueden necesitarse trasplantes para corregir defectos cardíacos.
Científicos de la Universidad de Queensland crearon un embrión de codorniz modificado genéticamente que se formó al mismo tiempo que producía una proteína fluorescente reflectante llamada Acto de vida.
Los genes para crear estas proteínas Lifeact se implantaron en el embrión de codorniz vivo mediante inyección directa en sus células germinales primordiales que circulan por la sangre.
‘Aviar [meaning birds, like quail] ‘Los embriones son un excelente modelo de desarrollo humano’, según la Dra. Melanie White, pero especialmente en estas primeras fases de crecimiento.
«El desarrollo de muchos órganos importantes, incluido el corazón y el tubo neural (que luego forma el cerebro y la médula espinal), es muy similar», dijo.
Los embriones de codorniz también son más fáciles de registrar vivos a medida que crecen, porque la delgada cáscara del huevo permite que la tecnología médica pueda mirar a través de ella con más facilidad y dejarla intacta.
«Es muy difícil filmar estas etapas del desarrollo embrionario porque ocurren después de que los embriones humanos se han implantado en el útero de la madre», explicó el Dr. White.
«Debido a que las codornices crecen en un huevo, son muy accesibles para la obtención de imágenes», señaló, «y su desarrollo temprano es muy similar al de un humano en el momento en que crecen». [human] ‘Implantes de embriones en el útero.
Arriba, el brillo de las proteínas fluorescentes reveló el andamiaje inicial del embrión, llamado «citoesqueleto de actina», que da forma a las células y las ayuda a moverse. Las proteínas fluorescentes se unen selectivamente a la actina, también una proteína, lo que define esta estructura embrionaria temprana.
El brillo de estas proteínas fluorescentes reveló el andamiaje proteico temprano del embrión, llamado «citoesqueleto de actina», que da a sus células una forma a la cual adherirse y las ayuda a moverse.
Estas proteínas fluorescentes se unieron selectivamente a la actina, que también es una proteína, iluminando y dando definición a esta estructura embrionaria temprana.
Con esta iluminación, los investigadores pudieron registrar la formación de protuberancias en forma de brazos en células individuales (lamelipodios y filopodios), que ayudan a las células a arrastrarse a lo largo de los soportes proteicos del citoesqueleto hasta el lugar correcto.
La Dra. White y sus colegas documentaron células madre del corazón en lo profundo del embrión a medida que subían a su posición en este citoesqueleto para crear el corazón temprano.
«Es la primera vez que alguien ha capturado el citoesqueleto de actina de la célula, lo que facilita este contacto en imágenes en vivo», dijo el Dr. White en un declaración.
«Una de las cosas clave que nos falta es la información dinámica de cómo el embrión coordina el movimiento, el posicionamiento y el destino de sus células para pasar de una etapa a la siguiente», explicó el Dr. White sobre el propósito de los nuevos videos. Semana de noticias.
«Esta información sólo puede obtenerse utilizando imágenes en vivo, donde podemos rastrear cómo cambia el tejido embrionario con el tiempo», dijo.
«Cómo las células interactúan entre sí y se mueven en tiempo real para organizarse en tejidos complejos en el embrión en formación sigue siendo en gran medida un misterio», según el Dr. White.
Uno de los otros eventos cruciales documentados por la técnica del equipo de Queensland fue el cierre de las células a lo largo de los bordes largos y abiertos del tubo neural del embrión.
Como un burrito o un wrap, las células se pliegan en forma de tubo y se sellan en un tubo con un movimiento similar al de una cremallera a medida que los pequeños lamelipodios y filopodios de las células, que parecen brazos, se unen.
Una vez cerrado, este tubo neural recién formado continuará creciendo y madurando hasta alcanzar su forma futura: el cerebro y la médula espinal.
«Vimos cómo las células atravesaban el tubo neural abierto con sus protuberancias para entrar en contacto con el lado opuesto», dijo el Dr. White.
‘Cuanto más protuberancias formaban las células, más rápido se cerraba el tubo.’
Arriba, una imagen muestra el movimiento de «cremallera» a medida que se forma el «tubo neural» del embrión por las protuberancias en forma de brazos de cada célula (sus lamelipodios y filopodios) que se agarran entre sí.
En la imagen superior, los investigadores pudieron registrar la formación de protuberancias en forma de brazos en células individuales, que ayudan a las células a desplazarse a lo largo de los soportes proteicos del citoesqueleto hasta el lugar correcto. En la imagen superior, los brazos de las células se unen para cerrar las paredes del tubo neural.
Es exactamente este proceso, dijo, el que a menudo «sale mal o se interrumpe» durante la cuarta semana del desarrollo humano, dando lugar a defectos congénitos del cerebro o la columna vertebral, ya sean heredados o inducidos por factores ambientales.
«Nuestro objetivo es encontrar proteínas o genes que puedan ser objeto de estudio en el futuro o utilizados para la detección de defectos congénitos de nacimiento», dijo el Dr. White.
«Estamos muy entusiasmados con las posibilidades que este nuevo modelo de codorniz ofrece ahora para estudiar el desarrollo en tiempo real», afirmó el investigador, que también dirige el Laboratorio de Dinámica de Morfogénesis en el Instituto de Biociencias Moleculares de Queensland.
El trabajo de la Dra. White y su equipo fue publicado en junio en Revista de biología celular.
«En nuestro laboratorio, ahora estamos aprovechando los experimentos iniciales que hemos realizado para tratar de comprender cómo se forman el corazón y el tubo neural en tiempo real», dijo.
En concreto, el equipo del doctor White está ahora «estudiando cómo las mutaciones identificadas en los pacientes o factores maternos (diabetes, déficits nutricionales) alteran este desarrollo y conducen a defectos congénitos».
