实时和重复测量电活动改变的个体活斑马鱼的骨骼肌生长

调节的组织生长，包括细胞数量（增生）和/或细胞大小（肥大）的增加，是发育、再生以及生态和进化适应的关键因素。尽管近几十年来在细胞和发育生物学的分子遗传学理解方面取得了巨大进步，但对组织和器官大小调节的机制理解仍处于起步阶段。这种知识空白的一个原因是难以以必要的空间和时间精度量化生物体中的组织生长。

随着时间的推移，可以反复测量整个生物体生长的各个方面，揭示每个个体的生长曲线¹，²，³，^4，5。日益复杂的扫描方法，如双X射线吸收测定法（DXA），计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI），允许跟踪单个个体（包括人类和模式生物）的整个器官和其他身体区域（例如，个体识别的骨骼肌）的^生长6，7，⁸，^9，10.然而，这些方法尚不具有揭示单个细胞的分辨率，因此很难辨别细胞行为与组织水平生长之间的联系。为了建立这种联系，传统研究通常依赖于类似个体动物的队列，其中一些在连续的时间点被处死，然后进行细胞学细节分析。这种方法需要平均跨组（最好是相似但可变的）个体观察到的变化，因此缺乏时间和空间分辨率，因此很难在细胞水平上找到暗示因果关系的相关事件。

对无脊椎动物模式生物的研究，最初在秀丽隐杆线虫和D. melanogaster中，通过开发光学显微镜来实现细胞分辨率并准确测量单个个体随时间推移的生长，从而规避了这些问题。这些研究揭示了这些小型模式生物生长过程中惊人的不变细胞谱系行为¹¹，¹²，^13，14，15，^16，17。然而，许多动物，包括所有脊椎动物，具有不确定的细胞谱系，并通过神秘的反馈过程控制组织生长，这些反馈过程有助于将基因编码的生长程序转变为功能性三维生物体，其所有组成组织和器官的大小都适当匹配。为了理解这些复杂的生长过程，需要对单个个体的整个组织或器官进行随时间推移的成像，这些组织或器官可以在选择的时间通过遗传，药理学或其他干预措施进行实验操作，并随后分析效果。

每块脊椎动物骨骼肌都有确定的大小、形状和功能，以及与相邻组织（如骨骼、肌腱和神经）的相互作用。有些肌肉很小，就在皮肤下，因此是高分辨率成像研究的良好候选者。与大多数器官类似，每块肌肉在达到稳定的成年大小之前，都会在整个胚胎、出生后和青少年生命中生长。然而，肌肉在成年后也具有改变大小的独特能力，这取决于使用和营养¹⁸，这种特性对机体健康，运动表现和独立生活有重大影响。老年肌肉质量和功能的丧失，肌肉减少症，是面临人口老龄化的社会日益关注的问题¹⁹，^20，21。

我们和其他人专注于斑马鱼幼虫节段重复体内骨骼肌组织块的生长，作为一个包含数百个细胞的明显封闭系统，其中可以观察和操纵组织生长，维持和修复²²，²³，²⁴，^25，26。虽然之前已经报道了一些定量工作25，²⁶，²⁷，²⁸，²⁹，^30，31，32，³³，³⁴，^35，但没有详细和经过验证的方法来测量单个脊椎动物生物的细胞细节肌肉生长。这里描述了如何执行这种重复测量的有效协议以及验证，并提供了一个用于分析肥大和增生生长变化以响应改变的电活动的示例。