Российские ученые разработали новый метод визуализации сосудов головного мозга
Ученые Сколковского института науки и технологий и Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского представили новый метод для визуализации кровотока в сосудах головного мозга. Они заявили, что с помощью этого метода можно реконструировать карту сосудов по движению отдельных эритроцитов, при этом не требуется использовать токсичные красители или генную инженерию.
Распределение скорости эритроцитов: низкая (синий), средняя (зеленый), высокая (красный) / Сколтех
Результаты исследования опубликовали в издании The European Physical Journal Plus.
Исследователи картируют сети кровеносных сосудов, чтобы лучше понять, как устроено кровоснабжение головного мозга. Для этого они применяют методы визуализации, в том числе метод на основе регистрации инфракрасного излучения с введением в кровоток флуоресцентных красителей. Однако такие красители токсичны и способны вызывать изменения в сосудах, что делает изображения менее достоверными. Для картирования также используют генетически модифицированных животных, у которых внутренняя оболочка кровеносных сосудов изменена таким образом, что она излучает свет сама по себе. Однако оба эти метода дорогие.
Исследователи Сколтеха и СГУ разработали метод, основанный на сочетании оптической микроскопии и обработки изображений. Он позволяет обнаружить все эритроциты, движущиеся по кровеносным сосудам.
Для обработки изображений головного мозга, полученных с помощью стандартного оптического микроскопа, используется покадровая фильтрация. Поскольку это дает детальные изображения сети кровеносных сосудов, то потоки можно анализировать методом цифровой трассерной визуализации.
Для демонстрации работоспособности метода ученые использовали две биологические модели: мозг мыши и эмбрион курицы. Оказалось, что даже в системах, где не видно движение отдельных эритроцитов, а различимы лишь цветовые паттерны, которые можно скорее связать с группами сосудов, возможно картировать кровеносные сети.
Реконструированная карта кровеносных сетей эмбриона цыпленка / Сколтех
Данный метод позволяет получать две важные характеристики кровеносной системы — скорость кровотока и диаметр сосуда. Из них впоследствии можно пытаться извлекать данные об эластичности сосудов, жесткости мембран, давлении и вязкости крови. Эти параметры могут использоваться физиологами для построения моделей кровообращения, работу которых можно проверять на данных измерений, полученных от датчиков давления и вязкости.
В будущем полученные результаты позволят лучше понять физиологию эндотелиальных клеток, выстилающих внутреннюю поверхность кровеносных сосудов. Именно их состояние является физиологической основой всех сердечно-сосудистых заболеваний.
С помощью модели сосудистой сети можно прогнозировать перераспределение кровотока, обусловленное расширением, сужением или закупоркой сосудов.
Новый метод визуализации также позволит исследовать опухоли, которые поглощают аномально много питательных веществ и потому обрастают кровеносными сосудами.
Наконец, он может быть полезен для адресной доставки лекарств, при которой используются микрокапсулы, которые вводятся в кровоток.
