I progressi della microscopia favoriscono la visualizzazione dello sviluppo embrionale

Durante lo sviluppo avvengono diversi meccanismi che rompono la simmetria e inducono la specificazione del piano strutturale. Alcuni scienziati europei hanno sviluppato una nuova tecnica di imaging che ha permesso loro di caratterizzare nel dettaglio questi eventi.

Salute

Lo sviluppo embrionale è un processo complesso di eventi cellulari e morfogenetici strettamente regolati nel tempo e nello spazio. Malgrado i progressi nelle tecniche di biologia molecolare la maggior parte degli studi di biologia dello sviluppo non offre la risoluzione cellulare necessaria oppure si limita a studi qualitativi utilizzando embrioni fissati. Mancano quindi informazioni su meccanismi fondamentali che coinvolgono l’interazione dinamica e stocastica di grandi gruppi di cellule. Inoltre non si comprende completamente in che modo le interazioni locali tra cellule portino all’emergere di strutture altamente organizzate su scala tissutale. Per rispondere a ciò il progetto INTOTOMORPHOGENESIS (In toto imaging of embryonic morphogenesis: Collective cell movements and symmetry breaking), finanziato dall’UE, ha studiato le impegnative tematiche della morfogenesi utilizzando un approccio dinamico multiscalare. A tal fine i ricercatori hanno utilizzato reporter fluorescenti, microscopia ed elaborazione delle immagini che hanno reso possibile visualizzare la dinamica di grandi popolazioni di cellule nell’embrione in fase di sviluppo. Il concetto di imaging in toto ha fornito un’opportunità unica di studiare i meccanismi cellulari dal livello di cellula a quello dell’intero organo o organismo in modo quantitativo. Le difficoltà principali che i ricercatori hanno dovuto superare erano l’interferenza potenziale dell’imaging in toto con la normale biologia e vitalità embrionale. Inoltre la complessità dei dati generati richiedeva un’analisi computazionale. In questo contesto i team di scienziati hanno sviluppato una tecnica di microscopia a fluorescenza eccitata da 2 fotoni a foglio di luce che ha fornito migliori profondità di immagine, velocità di acquisizione e ridotta invasività. A seguito della validazione in organismi modello come il pesce zebra e la Drosophila gli scienziati hanno utilizzato questa tecnica in diversi studi adattando gli strumenti di elaborazione delle immagini e le innovazioni per l’analisi dei dati. Nel suo insieme questa tecnica ha permesso lo studio dettagliato dello sviluppo del cuore e della specificazione degli assi nelle prime fasi embrionali, oltre che dell’imaging cerebrale funzionale. Essa costituisce indubbiamento uno strumento potente che favorirà la ricerca futura su interrogativi biologici essenziali con specificità mai raggiunta prima.