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.
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 демонст��ации 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.
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.
