Новости

24 декабря, 2022 20:25

Новый оптический метод сделал рыбок данио-рерио прозрачными

Источник: Naked Science
Российские ученые предложили новый неинвазивный метод для исследования кровеносной системы рыбок данио-рерио. Просвечивая их тело волнами света в инфракрасном диапазоне, авторы смогли наблюдать за биением сердца, расположением сосудов и кровотоком не только на самых ранних стадиях развития, когда личинки визуально прозрачны, но и на значительно более поздних стадиях, когда исследуемые особи практически не пропускают видимый свет. Предложенный подход поможет детальнее изучить действие лекарственных препаратов, экологических и других факторов на функционирование сердечно-сосудистой системы, а также исследовать процессы развития ее патологий. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Scientific Reports.
Рыбка данио. Источник: Getty images

Рыбки данио-рерио — один из самых любимых модельных объектов у биологов. Эти животные неприхотливы в содержании, быстро растут, а также имеют кровеносную систему, похожую по строению на таковую у эмбрионов человека. Поэтому на примере данио-рерио часто изучают болезни сердца и патологии сердечно-сосудистой системы. Такие исследования часто проводят оптическими методами, не наносящими вреда животным: прозрачное тело рыбок просвечивают видимым и ближним инфракрасным излучением.

Интенсивность прошедшего света при наличии кровотока зависит от сердечного ритма, и, наблюдая за изменениями, исследователи могут обнаруживать содержащие кровь структуры, строить карты сосудов, измерять сердечные ритмы и решать многие другие задачи, связанные с анализом строения сердечно-сосудистой системы. Однако такие оптические подходы хорошо работают, пока рыбки маленькие и прозрачные. По мере взросления — уже в возрасте одной недели — они приобретают окраску, которая не дает видимому излучению проникнуть сквозь ткани. Поэтому ученые ищут подходы, которые позволят исследовать строение и функционирование сердечно-сосудистой системы рыбок, даже когда их тела перестанут быть прозрачными.



Фотографии сердечно-сосудистой системы данио-рерио, полученные с в диапазоне 400–1000 нм (а) и 900–1700 нм (b). Источник: Volkov et al. / Scientific Reports, 2022

Исследователи из Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН (Москва), Национального исследовательского университета ИТМО (Санкт-Петербург), Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана (Москва), Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) и Института биологии внутренних вод имени И. Д. Папанина РАН (Борок) предложили использовать для исследования сердечно-сосудистой системы электромагнитное излучение более длинноволнового диапазона, чем в стандартных оптических методах. Обычно в экспериментах применяют видимый и ближний инфракрасный свет с длинами волн от 400 до 1000 нанометров, который удобен с точки зрения визуальных наблюдений и регистрации обычными видеокамерами.

Чтобы охватить более широкий спектр, авторы установили в микроскоп два варианта приемников излучения — первый работал в диапазоне 400–1000 нанометров, а второй — 900–1700 нанометров. Затем исследователи сравнили эти два режима, наблюдая за сердечно-сосудистой системой большого количества взрослых рыбок данио-рерио. Эксперименты показали, что оба подхода позволяют проследить за динамикой биения сердца рыб, благодаря чему их можно использовать при изучении нарушений сердечного ритма.

Однако с помощью первого, более коротковолнового диапазона (400–1000 нанометров) не удается рассмотреть сосуды рыб сквозь пигментированные участки кожи, а также определить скорость кровотока в этих местах. С помощью регистрации и анализа более длинноволнового излучения, напротив, ученые получили детальные изображения даже самых мелких сосудов. Это объясняется тем, что окраска покровов оказывается «прозрачной» для длин волн в диапазоне 900–1700 нанометров.


Исследователь за работой на экспериментальной установке / Источник: Демид Хохлов

«Предложенные нами подходы открывают возможность исследовать развитие и патологии сердечно-сосудистой системы у более взрослых рыб данио-рерио, не нанося при этом никакого вреда самим животным. Долгосрочные эксперименты на этих модельных объектах важны для разработки новых подходов к диагностике и лечению патологий кровеносной системы. Мы продолжим и дальше совершенствовать оптические методы, расширяя возможности неинвазивной диагностики различных тканей и внутренних органов», — рассказывает Демид Хохлов, младший научный сотрудник лаборатории акустооптической спектроскопии Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ

24 января, 2023
Ученые Института катализа СО РАН создали универсальный метод синтеза теплопроводных катализаторов
Исследователи Института катализа СО РАН разработали универсальный метод синтеза высокоакти...
23 января, 2023
Машинное обучение помогло подобрать условия синтеза высокоэнтропийного карбида
Высокоэнтропийные карбиды — уникальные материалы на основе углерода и 4–6 переходных металлов IV и V...