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Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
Se describe una estrategia de preparación de muestras para obtener imágenes de embriones tempranos de pez cebra dentro de un corion intacto utilizando un microscopio de lámina de luz. Analiza las diferentes orientaciones que adquieren los embriones dentro del corion en las etapas de epibolia y yema del 70% y detalla estrategias de imagen para obtener una resolución a escala celular en todo el embrión utilizando el sistema de lámina de luz.
La microscopía de lámina de luz se ha convertido en la metodología de elección para obtener imágenes en vivo de embriones de pez cebra en escalas de tiempo largas con una fototoxicidad mínima. En particular, un sistema multivista, que permite la rotación de la muestra, permite obtener imágenes de embriones completos desde diferentes ángulos. Sin embargo, en la mayoría de las sesiones de imágenes con un sistema multivista, el montaje de muestras es un proceso problemático, ya que las muestras generalmente se preparan en un tubo de polímero. Para ayudar en este proceso, este protocolo describe estrategias básicas de montaje para obtener imágenes del desarrollo temprano del pez cebra entre las etapas epiboly del 70% y somita temprana. En concreto, el estudio proporciona estadísticas sobre las distintas posiciones en las que se encuentran los embriones en las etapas de epíboly y yema del 70% dentro del corion. Además, discute el número óptimo de ángulos y el intervalo entre ángulos requerido para obtener imágenes de embriones enteros de pez cebra en las primeras etapas de desarrollo, de modo que la información a escala celular se pueda extraer fusionando las diferentes vistas. Finalmente, dado que el embrión cubre todo el campo de visión de la cámara, que es necesario para obtener una resolución a escala celular, este protocolo detalla el proceso de utilizar la información de las cuentas desde arriba o por debajo del embrión para el registro de las diferentes vistas.
Garantizar una fototoxicidad mínima es un requisito importante para obtener imágenes de embriones vivos con alta resolución espacio-temporal durante largos períodos. Durante la última década, la microscopía de lámina ligera se ha convertido en la metodología de elección para cumplir con este requisito 1,2,3,4,5,6,7. Brevemente, en esta técnica que se utilizó por primera vez en 2004 para capturar los procesos de desarrollo8, dos láminas delgadas de láser alineadas atraviesan el embrión desde extremos opuestos, iluminando solo el plano de interés. Se coloca un objetivo de detección ortogonalmente y, a continuación, se recoge simultáneamente la luz fluorescente emitida desde todos los puntos iluminados de la muestra. A continuación, se obtiene una imagen en 3D moviendo secuencialmente el embrión a través de la lámina de luz estática.
Además, en una forma específica de esta metodología, denominada microscopía de lámina de luz multivista, las muestras pueden suspenderse en un tubo de polímero que se puede girar mediante un rotor, lo que permite obtener imágenes del mismo embrión desde múltiples ángulos 9,10,11. Después de la toma de imágenes, las imágenes desde múltiples ángulos se fusionan en función de los marcadores de registro, que suelen ser marcadores fluorescentes globulares dentro del embrión (por ejemplo, núcleos) o en el tubo (por ejemplo, perlas fluorescentes). Las imágenes multivista y la fusión mejoran significativamente la resolución axial, proporcionando una resolución isotrópica en las tres dimensiones12. Si bien esta es una gran ventaja, un desafío importante de la metodología de vista múltiple es el montaje de muestras, donde los embriones deben montarse y mantenerse en su lugar en los tubos durante todo el curso de tiempo de la imagen.
Para la realización de imágenes multivista, para mantener los embriones en su lugar y evitar el movimiento durante la obtención de imágenes, los embriones se pueden incrustar en agarosa. Sin embargo, esto a menudo conduce a un crecimiento y desarrollo perjudiciales, particularmente para los embriones de pez cebra en etapa temprana13, el sistema modelo que se discute aquí. Una segunda estrategia de montaje es utilizar un tubo delgado que es solo un poco más grande que el diámetro del embrión, donde el embrión puede ser arrastrado hacia el tubo junto con el medio embrionario, seguido de cerrar la parte inferior del tubo con un tapón de agarosa14. En este método, debido a que el tubo está lleno de medio embrionario, los marcadores de registro, como las perlas fluorescentes, no se pueden usar para la fusión de las diferentes vistas y, por lo tanto, el registro depende de los marcadores dentro del embrión. En general, las perlas actúan como mejores marcadores de registro, ya que la señal de los marcadores dentro del embrión se degrada al adentrarse más en la muestra debido a las limitaciones de iluminación y detección de cualquier microscopio.
Por lo tanto, un tercer enfoque, que se detallará aquí y que se utilizó anteriormente 5,13,14,15,16, es obtener imágenes tempranas de embriones de pez cebra con un corion intacto y llenar el tubo con un porcentaje mínimo de agarosa, que contiene perlas como marcadores de registro. En este escenario, debido a que la intervención manual para posicionar los embriones dentro de un corion no es posible, este estudio proporciona estadísticas sobre la orientación predeterminada en la que caen los embriones tempranos de pez cebra, centrándose particularmente en las etapas de epíboly y yema del 70%. A continuación, se analiza el número óptimo de vistas necesarias para obtener imágenes de embriones en fase temprana con una resolución a escala celular y se detalla el proceso de fusión utilizando BigStitcher, un complemento basado en FIJI 10,17,18. En conjunto, este protocolo, que utiliza un objetivo NA 20x/1, tiene como objetivo facilitar a los embriólogos de pez cebra el uso de sistemas de láminas de luz multivista para obtener imágenes de embriones con núcleos y marcadores de membrana desde la gastrulación hasta las primeras etapas de somita.
Los procedimientos experimentales y de mantenimiento del pez cebra utilizados en este estudio fueron aprobados por el comité institucional de ética animal, vide Referencia TIFR/IAEC/2023-1 y TIFR/IAEC/2023-5. Los embriones obtenidos por cruzamiento de peces heterocigotos que expresan Tg(actb2:GFP-Hsa.UTRN)19 fueron inyectados con ARNm H2A-mCherry (30 pg) en la etapa unicelular. El ARNm de H2A-mCherry se sintetizó utilizando el plásmido pCS2+ H2A-mCherry (un regalo del laboratorio de Oates, EPFL) mediante transcripción in vitro . Los embriones que expresaban ambos marcadores, denominados Utr-GFP y H2A-mCherry, respectivamente, en el resto del protocolo, se fotografiaron en las etapas de epíboly y yema al 70%. Los detalles de los reactivos y equipos utilizados en el estudio se enumeran en la Tabla de Materiales.
1. Preparación de muestras para imágenes multivista
2. Imágenes multivista
NOTA: Este paso presenta un procedimiento general para la obtención de imágenes multivista de embriones de pez cebra en sus primeras etapas de desarrollo. El método que se detalla a continuación se puede adaptar fácilmente a cualquier sistema de microscopía de lámina de luz multivista.
3. Análisis de imágenes multivista
NOTA: Para fusionar las imágenes multivista, se utiliza un complemento FIJI, BigStitcher, que es la última versión del complemento Multiview Reconstruction, 10,17,18. El complemento se puede instalar agregando el complemento BigStitcher en la función 'Administrar sitios de actualización', a la que se puede acceder en la opción 'Actualizar' en el menú 'Ayuda'. Una vez instalado, el plugin aparecerá en el menú 'Plugins'. Los pasos generales involucrados en la fusión son los siguientes: (1) Definir pares de archivos .xml/.h5 tanto para las cuentas como para los embriones; (2) Registre todas las vistas con el archivo de cuentas; (3) Función de dispersión de punto de extracción (PSF) para las cuentas, que se puede utilizar para la deconvolución (Figura 2A); (4) Transfiera el registro y la información de PSF del archivo de cuentas al archivo de embriones y comience la deconvolución multivista. La mayoría de estos pasos se han descrito previamente en detalle21, y aquí se describen los pasos que se procesan de manera diferente.
Orientar la muestra de manera precisa es una parte vital del uso eficiente de una configuración de microscopía. Sin embargo, la orientación manual de las muestras a menudo no es posible cuando se utiliza un sistema de láminas ligeras multivista, dado el requisito de preparar las muestras en un tubo. Por lo tanto, para comprobar si existen posiciones estereotipadas que adoptan los embriones dentro del corion, se tomaron imágenes de embriones de pez cebra al 70% de la epíbolia (aprox...
Posicionar un embrión en la orientación correcta para obtener imágenes de la región de interés es uno de los pasos limitantes de la velocidad que a menudo resulta en una sesión de microscopía fallida para un usuario. Esto es más cierto en un microscopio de lámina de luz multivista donde la manipulación manual de la orientación es difícil ya que las muestras están incrustadas dentro de un tubo. Para ayudar en este proceso, este estudio reporta las estadísticas de varias posi...
Los autores declaran no tener ningún interés contrapuesto.
Agradecemos al Dr. Kalidas Kohale y a su equipo por el mantenimiento de las instalaciones de peces y a KV Boby por el mantenimiento del microscopio de lámina de luz. SRN agradece el apoyo financiero del Departamento de Energía Atómica (DAE) del Gobierno de la India (Identificación del Proyecto no. RTI4003, DAE OM n.º 1303/2/2019/R\&D-II/DAE/2079 de 11.02.2020), el programa del Grupo de Socios de la Sociedad Max Planck (M.PG. A MOZG0010) y la Beca de Investigación para Start-ups de la Junta de Investigación en Ciencia e Ingeniería (SRG/2023/001716).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agarose, low gelling temperature | Sigma-Aldrich | A9414 | |
Calcium Chloride dihydrate | Sigma-Aldrich | 12022 | |
FIJI | Version: ImageJ 1.54f | ||
Latex beads, carboxylate-modified polystyrene, fluorescent red, 0.5 μm mean particle size, aqueous suspension | Sigma-Aldrich | L3280 | |
Magnesium sulfate heptahydrate | Sigma-Aldrich | M2773 | |
mMESSAGE mMACHINE SP6 Transcription kit | ThermoFischer Scientific | AM1340 | For in vitro transccription of H2A-mCherry plasmid |
Potassium Chhloride | Sigma-Aldrich | P9541 | |
Potassium phosphate monobasic | Sigma-Aldrich | P0662 | |
PTFE Sleeving AWG 15L - 1.58 mm ID x 0.15 mm Wall +/-0.05 | Adtech Innovations in Fluoroplastics | STW15 | PTFE tubes |
Sodium Chloride | Sigma-Aldrich | S3014 | |
Sodium phosphate dibasic | Sigma-Aldrich | 71640 | |
Ultrasonic Cleaner | Labman | LMUC3 | Ultrasonicator |
Zeiss LightSheet 7 System | Zeiss |
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