Построить карту кровеносных сосудов можно с помощью метода, который позволяет следить за отдельными эритроцитами.
Проблемы с сосудами особенно сильно бьют по мозгу. Истончение сосудистых стенок, их чрезмерное растяжение может привести к инсульту. Если же на стенке сосуда появится атеросклеротическая бляшка, кровоток уменьшится, и окружающие нейроны начнут страдать от недостатка кислорода и питательных веществ — а мозг, как известно, к этому чрезвычайно чувствителен.
Чтобы понимать, в каком состоянии находится кровоснабжение мозга, нужно иметь как можно более полную карту кровеносных сосудов, вплоть до самых мелких капилляров. Однако построить такую карту очень непросто. Здесь есть разные методы визуализации, но большинство их сводится к тому, что в кровь вводят флуоресцентные красители, которые отслеживают в пути по сосудам. Проблема в том, что такие красители токсичны, и к тому же способны влиять на сосуды, изменяя кровоток, из-за чего карта сосудистой сети оказывается не слишком достоверной. Другой вариант — создавать генетически модифицированных животных, у которых клетки стенок сосудов синтезируют светящийся белок. Но этот способ весьма сложен и недёшев (как, собственно, и метод с красителями).
Сотрудники Сколковского института науки и технологий (Сколтеха) и Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского разработали недорогой метод визуализации, позволяющий различать даже мельчайшие капилляры головного мозга. Он не требует никаких красителей — нужен только оптический микроскоп, позволяющий различать отдельные эритроциты, и алгоритм, анализирующий большое количество изображений, которое даёт этот микроскоп. Если мы в состоянии различать отдельные эритроциты, то мы можем получить изображение даже самых мелких капилляров и точно оценить скорость кровотока.
Сначала метод опробовали на кровеносных сетях куриного эмбриона, у которого сосуды легко доступны для наблюдения. От куриного эмбриона потом перешли к мозгу крысы — в нём отдельные эритроциты разглядеть уже сложно, но зато можно увидеть цветовые изменения, которые связаны с группами сосудов; по таким цветовым паттернам можно построить карту сосудов мозга. Результаты экспериментов опубликованы в The European Physical Journal Plus.
Новый метод позволяет напрямую получать две важные характеристики кровеносной системы — скорость кровотока и диаметр сосуда. Они важны не только тогда, когда мы оцениваем риск инсульта, но и когда речь идёт о распределении лекарств в мозге, инфекционных болезнях и опухолях. Например, с помощью новой визуализации можно исследовать злокачественные новообразования, которые поглощают аномально много питательных веществ и стараются обрасти кровеносными сосудами.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение