利用微型激光器监测心肌组织

发布时间: 2020-07-10 15:52:47   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

近日,苏格兰圣安德鲁斯大学研究团队通过在细胞内放置微激光器,从外部可以监测心脏的动态变化。在该实验中,这些微激光器被植入新生和成年小鼠、斑马鱼的心脏细胞,以及大鼠的心脏切片。这些微激光器被新生细胞内化,或者被放置在成体细胞上,测量这些细胞内肌原纤维的收缩力。这些设备是10—20微米的微球,使用耳语廊效应,积累类似声波的光波。这项技术以高分辨率捕捉心跳时的快速变化。发现只有参与该动作的细胞才记录到颜色的任何变化,而且相邻的细胞也不发光,这种效应是通过倒置荧光显微镜观察到的。

心肌细胞的收缩性是描述心脏运动生物力学特性的关键参数,但通过单细胞分辨率来对三维心肌组织的功能监测仍然是一个挑战。该研究将微型激光器引入心脏细胞,以实现细胞分辨率的瞬时心脏收缩曲线的全光记录。微激光器的明亮发射和对局部屈光指数变化的高光谱敏感性使其能够长期跟踪单个心脏细胞,监测药物使用,精确测量活体斑马鱼的器官尺度收缩力,以及通过数百微米的大鼠心脏组织进行强大的收缩感应。可以说,新型微纳激光作为非侵入性、生物集成光学传感器的使用,为以细胞分辨率监测广泛的生理参数带来了新的机会。

医生通常会按照一些标准顺序来监测心脏,例如测量血压或心电图。但是这些并不能告诉临床医生心脏的特定部位发生了什么。传统的成像方式无法轻易地解决可能持续几微秒的变化。“大多数现代显微镜使用连续波激光激发生物组织内的荧光团,然后根据捕捉到的荧光重建图像。然而,生物组织强烈散射可见光,使其无法观察到超过50µm的深度。多光子显微镜可以提高穿透力,但对于心脏组织,目前的限制仅为100µm。该项研究在论文中表明,即使通过400μm的心脏组织,也可以从这种微激光器中恢复信号” 研究人员说。

Schubert说,这项技术的好处之一是对细胞中的微激光器没有老化影响。他说:“光漂白可能会成为一个问题,但根据微激光器中使用的染料,我们发现它们可以在数百万脉冲下存活。”研究人员已经开发出更小的激光器,纳米激光器,用于正在进行的跟踪细胞内部变化的研究。

Schubert说:“尽管我们还没有看到目前15微米激光在细胞中产生的有害影响,但对于长期实验来说,例如在干细胞中,它们可能会以目前未知的方式影响细胞行为”。除了干扰性较小外,较小的激光显然可以提供更高的空间分辨率,将多个激光加载到一个细胞中可以使我们深入了解单个细胞内收缩性的变化。

刘德娟编译自:https://www.nature.com/articles/s41566-020-0631-z

 
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