För första gången, forskare har följt utvecklingen av blodkärl i zebrafiskembryon utan att använda några etiketter eller kontrastmedel, som kan störa de biologiska processer som studeras.

"Vi visualiserade framgångsrikt utvecklingen av det kardio-cerebrovaskulära systemet i det tidiga embryonala skedet av zebrafisk, " sa Lei Xi vid University of Electronic Science and Technology i Kina. "Eftersom zebrafisken fortfarande är en av de viktigaste modellerna för att studera mänskliga sjukdomar, vi tror att vårt arbete är viktigt för att förstå både hjärnsjukdomar och hjärt-kärlsjukdomar hos människor."

Zebrafisk embryon är genomskinliga, vilket gör dem till en utmärkt modell för forskare som vill studera hur ryggradsdjursorganismer utvecklas och växer. Men tills nu, visualisering av biologiska processer med högupplösta optiska avbildningstekniker såsom konfokal fluorescensmikroskopi och tvåfotonmikroskopi har vanligtvis krävt en fluorescensetikett eller kontrastmedel. Att få in dessa medel i en zebrafisk är inte bara komplext och tidskrävande, men kan ibland förändra de naturliga fysiologiska processer som äger rum i zebrafisken.

I tidskriften The Optical Society (OSA). Biomedicinsk Optik Express , Xi och kollegor rapporterar att de använder optisk upplösning fotoakustisk mikroskopi (ORPAM) för etikettfri avbildning av kärlutveckling över hela kroppen av ett zebrafiskembryo med teknikens lågupplösningsläge. De zoomade också in för att följa bildandet av kärlen som är associerade med hjärtat och hjärnan genom att använda högupplöst läge.

Använda ljud för att göra bilder

ORPAM kräver inga kontrastmedel eftersom det bildar bilder genom att detektera ultraljudsvågor som skapas när molekyler absorberar ljus. Denna relativt nya mikroskopiteknik kan ge tredimensionella bilder med ett penetrationsdjup och rumslig upplösning jämförbar med tvåfotonmikroskopi.

I den nya studien, forskarna använde ett överföringsläge ORPAM-system med ett lågupplöst mål för att avbilda fartygets utveckling vid olika tidpunkter för hela zebrafisken med en upplösning på 3,5 mikron. De genomförde också ORPAM med ett högupplöst mål att följa utvecklingen av hjärnans och hjärtkärlsystemet med en upplösning på 1,5 mikron. Bilderna avslöjade den exakta tidpunkten för utveckling av hjärtkärl samt detaljer om hur hela kroppens kärl utvecklas i zebrafisken.

"Förmågan att visualisera dynamisk utveckling under embryonalstadiet, när blodkärlen initialt bildas och utvecklas, ger potentialen att använda zebrafisk för att undersöka olika mänskliga kardiovaskulära och cerebrovaskulära sjukdomar i framtiden, " sa Xi. Tillvägagångssättet kan vara användbart för att studera epilepsi, hjärtsjukdom, härdning och förträngning av artärerna, högt blodtryck, hjärtattacker, stroke och blodproppar i hjärnan.

Forskarna arbetar med att förbättra metodens avbildningshastighet, vilket för närvarande kräver 25 minuter för en helkroppsskanning av zebrafisk embryo. De skulle också vilja kombinera ORPAM med nya genuttryckstekniker för att studera de genetiska orsakerna till kärlsjukdomar.