Российские ученые из НИИ биологии Иркутского государственного университета совместно с коллегами из Финляндии и Сингапура 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 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 и широко применяемый 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 доктор биологических наук, директор НИИ биологии Иркутского государственного университета, исполнитель гранта РНФ и один из авторов исследования Максим Тимофеев.


Используемые микросенсоры — это полупроницаемые микрокапсулы, наполненные специальным красителем, чей спектр свечения специфично чувствителен к показателю кислотности (pH) или таким параметрам, как некоторые ионы, метаболиты, гормоны.

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 статьи имплантировали в организм эмбрионов рыб микросенсоры, которые позволяют отслеживать состояние здоровья животных, капсулы, оснащенные чувствительным к кислотности крови (pH) красителем. С изменением кислотности меняется спектр флуоресценции (свечения) красителя.

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.

В своем эксперименте биологи ввели в организм рыбок данио-рерио капсулы с флуоресцентным красителем. 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.

Сенсоры позволили отследить, как изменяется показатель кислотности в организме рыб. Например, при нормальном состоянии данио-рерио сенсоры фиксировали pH в районе 7,3-7,5. По словам ученых, такие сравнительно небольшие отклонения от среднего нормальны для этого виды рыб. Если подопытные рыбки впадали в кому или умирали по естественным причинам, то показатель pH снижался до значений около 6,8-7,0.

«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.


Похожие новости

  • 12/07/2017

    Робота-врача для военных создадут томские медики и инженеры​

    Ученые из НИИ кардиологии Томского национального исследовательского медицинского центра и Томского политехнического университета (ТПУ) планируют создать мобильного робота, который сможет оказывать первую медицинскую помощь пострадавшим в местах военных действий и ЧС.
    275
  • 03/06/2016

    Экспедиция ТюмГУ продолжает исследования в томской тайге

    ​Исследователи Тюменского государственного университета - акарологи и энтомологи - продолжают обследование хвойных лесов Сибири на предмет поражения деревьев опасными вредителями - жуками-короедами.  Из последних особую опасность представляет уссурийский полиграф, широко распространившийся в Сибири и Европейской части России и приведший к масштабной гибели ценнейших деревьев - пихт.
    822
  • 21/02/2017

    Разработки ТПУ для имплантологии выходят на стадию клинических испытаний

    ​Биодеградируемые имплантаты Томского политехнического университета выходят на стадию клинических испытаний. Как сообщают ученые ТПУ, на стадии доклинических исследований эффективность томских изделий уже доказана, и сегодня некоторые биоразлагаемые имплантаты Томского политеха сегодня частично используются в медицинской практике в одном из ведущих ортопедических центров России - Центре Илизарова.
    710
  • 08/12/2016

    Новое оборудование для исследования клещей появилось в ТюмГУ

    ​Новое оборудование для изучения клещей появилось в Международной комплексной научно-исследовательской лаборатории по изучению изменения климата, землепользования и биоразнообразия Тюменского государственного университета (ТюмГУ).
    533
  • 12/10/2017

    В ИГУ прошла встреча с представителями биоперерабатывающей компании Франции

    11 октября в Иркутском государственном университете по инициативе Корпорации развития Иркутской области прошла встреча с представителями биоперерабатывающей компании ARBIOM (Франция). Темой встречи стало взаимодействие ученых ИГУ со специалистами французской компании в области переработки отходов деревообрабатывающей отрасли и получения кормового белка для рыборазводных заводов.
    93
  • 13/04/2016

    Археологи ИГУ получили грант Российского научного фонда

    ​Проект археологов Иркутского государственного университета "Историко-культурная динамика в период неолита на юге Средней Сибири (по материалам керамических комплексов)" стал победителем конкурса грантов Российского научного фонда.
    1027
  • 08/08/2017

    Ученые установили, что древние жители Алтая выращивали гигантских овец

    Ученые из Алтайского государственного университета (АлтГУ) совместно со специалистами из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН подготовили и осуществили палеогенетические исследования костных останков овец, обнаруженных на юге Западной Сибири при раскопках археологических памятников, которые датируются с помощью радиоуглеродного метода второй половиной III – началом II тыс.
    287
  • 10/03/2017

    Российские ученые разработали новое вещество против вируса гриппа на основе природных соединений

    ​Ученые из Новосибирского института органической химии имени Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и Научно-исследовательского института гриппа в Санкт-Петербурге разработали новый продукт широкого спектра противовирусной активности, в основе которого лежат природные соединения: терпены и терпеноиды.
    853
  • 17/04/2016

    Иркутские ученые обнаружили бактерии, вырабатывающие антибиотики

    ​​Ученые НИИ биологии Иркутского госуниверситета совместно с немецкими коллегами обнаружили новый штамм бактерий, который способен вырабатывать неизвестные антибиотики. Результаты своих исследований ученые опубликовали в научном журнале PLOS One.
    699
  • 14/04/2017

    Российские ученые приблизились к разгадке механизма выработки лечебных белков

    ​Ученые ТГУ и МГУ выявили механизмы, которые играют главную роль в продукции миокинов - белков, обладающих противовоспалительным действием. Полученные данные помогут активизировать выработку в организме веществ, снижающих уровень воспалительных процессов.
    302