Создан сенсор для оценки состояния крохотных животных

Ученые разработали микросенсоры, которые отследили физиологическое состояние небольших по размеру животных на примере рыбок данио-рерио (Danio rerio). В будущем новый метод поможет отслеживать и замечать разнообразные нарушения в работе организма человека. Исследования исследователей из НИИ биологии Иркутского государственного университета поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ) и опубликованы в журнале PLOS ONE.

«Совместно с нашими коллегами из группы профессора Игоря Меглинского из Университета Оулу в Финляндии и из группы доктора Антона Садового из Сингапура мы впервые разработали простой подход, который позволил отследить физиологические параметры и состояние очень маленьких лабораторных животных — развивающихся рыбок данио-рерио. Для этого мы использовали имплантируемые микросенсоры, которые можно ввести в организм без вреда для здоровья», — сообщил один из авторов исследования, доктор биологических наук Максим Тимофеев из Иркутского государственного университета.

Изучая небольших животных, к которым относятся развивающиеся эмбрионы рыб, можно узнать о разнообразных нарушениях в работе организма позвоночных (в том числе человека), а также токсичности новых химических соединений, например, медикаментов и косметических средств. Подобные исследования, однако, требуют проведения огромного количества биологических анализов. Авторы новой статьи имплантировали в организм эмбрионов рыб микросенсоры в виде полупроницаемых микрокапсул, которые позволяют отслеживать состояние здоровья животных, капсулы, оснащенные чувствительным к кислотности крови (pH) красителем. С изменением кислотности меняется спектр флуоресценции (свечения) красителя. Эти чувствительные микрочастицы попали в кровоток животных и разнеслись по всему организму. Затем ученые поместили рыб под флуоресцентный микроскоп. Он фокусировался на отдельных капиллярах с микрокапсулами красителя внутри, присоединенный к микроскопу спектрометр снимал спектры флуоресценции и после этого переводил их в значения кислотности.

Кислотность крови — очень важный показатель, который может рассказать про общее состояние организма. Например, у рыб при нормальном физиологическом состоянии pH колеблется в районе 7,7–7,8 (нейтральное значение pH равно семи, то есть pH крови рыб слабощелочной). Изменение кислотности говорит о наличии проблем со здоровьем. Например, при гипоксии (недостатке кислорода) в крови накапливается углекислый газ, что снижает показатель pH.

«Предложенный метод чувствителен к критическим изменениям в состоянии рыбы, таким как наступление комы или смерть, однако это лишь первый этап в развитии технологии оптических микросенсоров. Надо сказать, что ключевой проблемой применения таких микросенсоров в теле млекопитающих, в том числе человека, и многих других организмов является собственная автофлуоресценция их покровов, которой нет в случае эмбрионов. Другими словами, под флуоресцентным микроскопом наша кожа сама светится и создает фон, заглушающий сигнал от микросенсоров, которые могут быть в нее имплантированы. Сейчас мы работаем над методикой получения нового поколения микросенсоров, работающих немного иначе и свободных от этой проблемы. Такие микросенсоры будут светиться очень ярко, станут более применимы в биомедицине. А это открывает широкие перспективы их использования в практических медицинских целях, например, для постоянного мониторинга самочувствия пациентов с разнообразными хроническими заболеваниями или, с другой стороны, в агропромышленных производствах, для контроля состояния сельскохозяйственных животных», — заключил Максим Тимофеев.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.