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May 26, 2024

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Scientific Reports volume 13, Artigo número: 263 (2023) Citar este artigo 1404 Acessos 3 Citações 1 Detalhes da Métrica Altmétrica O fechamento do tubo neural (NTC) é um processo complexo de desenvolvimento embrionário

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 263 (2023) Citar este artigo

1404 Acessos

3 citações

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

O fechamento do tubo neural (NTC) é um processo complexo de desenvolvimento embrionário que envolve mecanismos moleculares, celulares e biomecânicos. Embora os fatores genéticos e a sinalização bioquímica tenham sido extensivamente investigados, o papel da biomecânica dos tecidos permanece praticamente inexplorado devido à falta de ferramentas. Aqui, desenvolvemos uma modalidade óptica que pode realizar imagens mecânicas de lapso de tempo do tecido da placa neural enquanto o embrião experimenta neurulação. Esta técnica é baseada na combinação de um microscópio confocal Brillouin e uma cultura ex ovo modificada de embrião de pintinho com uma incubadora no palco. Com esta técnica, pela primeira vez, capturamos a evolução mecânica do tecido da placa neural com embriões vivos. Especificamente, observamos o aumento contínuo no módulo tecidual da placa neural durante o NTC para embriões cultivados ex ovo, o que é consistente com os dados da cultura in ovo, bem como com estudos anteriores. Além disso, descobrimos que o aumento no módulo do tecido estava altamente correlacionado com o espessamento e curvatura do tecido. Prevemos que esta técnica sem contacto e sem rótulo abra novas oportunidades para compreender os mecanismos biomecânicos no desenvolvimento embrionário.

O fechamento do tubo neural (NTC) é um procedimento central de neurulação de vertebrados onde a placa neural planar será elevada e fundida para formar um tubo neural oco. A falha neste procedimento pode resultar em defeitos graves do tubo neural, que representam um dos defeitos congênitos humanos mais comuns1. Os processos genéticos e moleculares que orientam o NTC têm sido extensivamente estudados há muitas décadas2,3,4. Por outro lado, os mecanismos biomecânicos que podem estar envolvidos no NTC têm atraído cada vez mais atenção nos últimos anos5,6,7. Nos níveis celular e tecidual, a morfogênese do tubo neural pode ser considerada como resultado da interação entre a força gerada e a resistência mecânica do tecido embrionário8,9: o fechamento bem-sucedido do tubo neural requer que a força intrínseca possa superar a tensão oposta do tecido que depende de sua propriedade elástica. Dessa forma, a alteração da biomecânica tecidual pode causar falha no fechamento e, consequentemente, malformação do tubo neural10. Embora a produção de força e a mudança mecânica do tecido durante o procedimento de NTC tenham sido observadas em experimentos10,11,12, a contribuição quantitativa de processos biomecânicos específicos para garantir uma neurulação robusta permanece em grande parte desconhecida. Um dos principais motivos é a falta de ferramentas que possam mapear a biomecânica do tecido da placa neural in situ e em tempo real durante o desenvolvimento do embrião.

Muitas técnicas importantes foram desenvolvidas para quantificar as propriedades mecânicas do tecido embrionário13, que podem ser classificadas aproximadamente em três categorias: (1) técnicas baseadas em contato, incluindo microscopia de força atômica (AFM)14,15 ou recortes baseados em microcantilever11,16,17 para medir o módulo de Young aparente na escala nm a µm, aspiração por micropipeta para medir a tensão do tecido na escala µm18 e teste de tração do tecido na escala ~ mm19. Embora as técnicas baseadas em contato possam fornecer quantificação direta das propriedades viscoelásticas do tecido em condições quase estáticas ou de baixa frequência, elas precisam de acesso físico à amostra e de aplicar força para deformar a amostra durante a medição. Como o tecido do tubo neural tem formato irregular em 3D e está interconectado mecanicamente, explantes isolados geralmente são necessários para testes mecânicos inequívocos. (2) Sensores baseados em esferas/gotículas, incluindo pinça óptica/magnética20,21 e microgotas22. A pinça óptica/magnética usa esferas rígidas acionadas por força (~ μm de diâmetro) para detectar as propriedades reológicas do tecido localizado, e a microgotícula usa gotículas deformáveis ​​(4–80 μm de diâmetro) para quantificar o estresse do tecido. Esses sensores podem medir quantitativamente as propriedades mecânicas com resolução subcelular ou celular após calibração cuidadosa. No entanto, eles exigem injeção de esferas ou gotículas no tecido, tornando-os invasivos e de baixo rendimento. (3) Ablação/dissecção de tecidos. Este método utiliza um feixe de laser pulsado ultrarrápido10 ou uma lâmina23 para dissecar uma porção do tecido e avaliar a tensão do tecido com base na resposta de relaxamento. Esta é uma técnica atraente devido à configuração simples. No entanto, devido à conexão mecânica do tecido embrionário em 3D, este método fornece principalmente avaliação global em uma escala relativamente grande (tamanho de ~ 100 μm a ~ mm). Para resumir, os métodos existentes podem quantificar vários aspectos das propriedades mecânicas de células e tecidos com diferentes escalas espaciais e temporais e avançaram muito na avaliação da biomecânica dos tecidos embrionários. Contudo, devido às limitações técnicas, o mapeamento mecânico in situ do tecido da placa neural durante o procedimento de NTC em embriões vivos não foi relatado.