Postępy mikroskopii umożliwiające wizualizację rozwoju zarodka
Rozwój zarodkowy jest skomplikowanym procesem, który składa się ze zdarzeń komórkowych oraz morfogenetycznych, ściśle regulowanych w czasie i przestrzeni. Mimo postępów w technikach biologii molekularnej większość badań nad biologią rozwoju nie zapewnia koniecznej rozdzielczości komórkowej lub jest ograniczona do analiz jakościowych na zarodkach zagnieżdżonych. W rezultacie brakuje informacji o podstawowych mechanizmach, w tym dynamicznych i stochastycznych oddziaływaniach dużych grup komórek. Ponadto nie w pełni rozumiemy, jak lokalne oddziaływania komórka-komórka prowadzą do pojawienia się wysoce uorganizowanych struktur w skali tkankowej. W odpowiedzi na ten problem uczestnicy finansowanego przez UE projektu INTOTOMORPHOGENESIS (In toto imaging of embryonic morphogenesis: Collective cell movements and symmetry breaking) badali trudne zagadnienie morfogenezy, wykorzystując do tego wieloskalowe metody dynamiczne. Wykorzystali do tego reportery fluorescencyjne, mikroskopię i przetwarzanie obrazu, co umożliwiło wizualizację dynamiki dużych populacji komórek w rozwijającym się zarodku. Koncepcja obrazowania in toto dostarczyła unikalnej możliwości badania ilościowego mechanizmów komórkowych na poziomie komórki, całego narządu lub organizmu. Głównym wyzwaniem był potencjalny wpływ obrazowania in toto na prawidłowe funkcjonowanie biologiczne i żywotność zarodka. Ponadto złożoność wygenerowanych danych wymagała analizy obliczeniowej. W tym kontekście, zespoły naukowe stworzyły technikę dwufotonowej mikroskopii wzbudzenia fluorescencyjnego, która wpłynęła na szczegółowość obrazowania, szybkość pozyskiwania danych oraz mniejszą inwazyjność. Po walidacji na organizmach modelowych, takich jak danio pręgowany i Drosophila, naukowcy wykorzystali tę technikę w różnych badaniach wraz z dostosowanymi narzędziami przetwarzania obrazu i innowacjami z zakresu analizy danych. Reasumując, technika ta umożliwia szczegółowe badanie rozwoju serca oraz osi ciała wczesnego zarodka, jak również czynnościowe obrazowanie mózgu. Bez wątpienia stanowi to potężne narzędzie, które umożliwi przyszłe badania podstawowych zagadnień biologicznych z niespotykaną dotąd szczegółowością.
