Визуализация развития рыбки данио на уровне отдельных клеток

Новый проект по визуализации в Morgridge Institute for Research сравнивают с картиной импрессиониста XIX века, такой как «Звёздная ночь» Ван Гога, где множество цветных линий складываются в целостный образ. Однако «холстом» в этом исследовании станет рыбка данио, а «красками» — отдельные клетки развивающегося эмбриона.

Ян Хюйскен, исследователь в области медицинской инженерии, участвует в амбициозном проекте по созданию полного клеточного «чертежа» развития данио — от первого шарика клеток до взрослой особи. Эта работа может значительно продвинуть регенеративную биологию, точно определив роль каждой отдельной клетки в развитии сложного организма.

Проект стал одним из победителей программы NIH «High-Risk, High-Reward Research Program» 2018 года, которая финансирует идеи, способные создать или оспорить существующие научные парадигмы.

В проекте объединены экспертиза трёх лабораторий:

• Дэвид Травер (Калифорнийский университет в Сан-Диего) разрабатывает инструменты для маркировки, визуализации и отслеживания стволовых клеток данио.
• Жиронг Бао (Институт Слоан Кеттеринг) предоставляет вычислительные методы для отслеживания движения и функции клеток во времени.
• Ян Хюйскен отвечает за визуализацию с помощью светового листового микроскопа, который позволяет неинвазивно наблюдать за живыми эмбрионами данио до 48 часов.

Цель — достичь в данио того, что ранее было возможно только для более простых организмов, например, червя c. elegans, и создать атлас, показывающий, как формируются все клеточные линии.

Для этого в сотни клеток на ранней стадии с помощью лазерной маркировки будут случайным образом внедрены слегка различающиеся цветовые метки. Дочерние клетки унаследуют цвет родительской, создавая мозаичный цветовой узор по всей рыбке. Это позволит, например, отследить кластер клеток сердца определённого оттенка зелёного до их клетки-предшественницы.

В первые дни развитие будет отслеживаться in vivo с помощью светового листовой микроскопии. На более поздних стадиях и у взрослых рыб образцы будут фиксироваться, очищаться и быстро сканироваться в другой конфигурации.

Особый вклад лаборатории Хюйскена — портативный световой листовой микроскоп Flamingo размером с чемодан. Он будет использоваться в лабораториях-партнёрах для отработки методик, в то время как высокопроизводительная визуализация сосредоточится в Morgridge.

Данио — идеальный модельный организм для такого исследования благодаря прозрачности, быстрому росту, высокой плодовитости (одна пара может производить тысячу эмбрионов в день) и возможности наглядно наблюдать формирование каждого органа.