组织集成微激光用于测量斑马鱼跳动心脏的收缩

研究人员已经证明，与其他基于光的技术相比，集成到心肌细胞或组织中的微型激光可以用于获取心肌细胞、活斑马鱼和活心脏组织的收缩性的高分辨率测量值。识别跳动心脏中单个细胞的收缩特性的能力可以提高我们对心脏病的认识，并有助于推进新的治疗方法。

英国圣安德鲁斯大学的马塞尔·舒伯特(Marcel Schubert)将在2021年全虚拟大会上展示这项研究OSA生物光子学大会:生命科学中的光学4月12日至16日举行。

舒伯特说:“显微激光可以揭示组织内部成像方法无法应用的生物物理信号。”“在未来，这项技术可以通过指导人工心脏组织和再生心脏治疗的发展，帮助克服心血管疾病日益加重的负担。”

利用光来分析或成像跳动心这是一个挑战，因为组织在不断移动，心脏中的密集肌纤维倾向于强烈散射和吸收光线。尽管先进的显微技术如多光子成像可以在大脑深处1毫米处成像，但心脏挑战性的环境将功能成像限制在大约100微米。

在新的研究中，研究人员使用直径只有15微米的球形微激光器。由于其独特的发射特性，这些激光器在需要高信号强度和短采集时间的应用中工作良好。

研究人员发现微激光可以被新生小鼠吸收心肌细胞。一旦进入细胞，微型激光器与肌原纤维直接接触，肌原纤维是形成肌纤维的可收缩丝。当细胞收缩时，它会改变接触激光的肌原纤维的折射率，在激光波长中产生可探测的脉冲形扰动。这些折射率的变化与收缩力直接相关。

研究人员还将微激光注射到斑马鱼胚胎的心脏外壁，然后记录详细的收缩情况。结果表明，该技术不受心脏快速运动的影响。这种新方法也适用于心脏组织的厚切片，可以用于药物筛选或测试再生心脏疗法。在这些组织切片中，可以通过厚达400微米的组织测量微激光信号和心脏收缩。

“我们的研究表明，微激光器可以作为通用传感器，可靠地表征收缩特性细胞没有任何复杂的图像重建或组织稳定过程，”舒伯特说。“在未来，这种方法可以用于研究移植细胞和工程心脏组织。"

研究的下一步将是减小微激光器的尺寸，提高它们的生物相容性。更重要的是，通过切换到多光子激发或红外发射激光器，光的穿透能力可以大幅度增加，允许在深处感觉到收缩跳动的心脏。

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