Новые оптические и акустические методы визуализации и исследования сердечно-сосудистой системы Danio Rerio: от эмбриона до взрослой особи

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-49-08012

НазваниеНовые оптические и акустические методы визуализации и исследования сердечно-сосудистой системы Danio Rerio: от эмбриона до взрослой особи

Руководитель Мачихин Александр Сергеевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук , г Москва

Конкурс №62 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (MOST)

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-609 - Автоматизированные комплексы для биологии и медицины

Ключевые слова Модельный организм Danio rerio, сердечно-сосудистая система, высокочастотная ультразвуковая визуализация, оптическая визуализация высокого разрешения, неинвазивая диагностика, параметры кровотока, мониторинг in vivo, фотоплетизмография, капилляроскопия, патогены, видеоспектрометрия

Код ГРНТИ34.57.23

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Одним из наиболее эффективных модельных объектов, используемых для тестирования воздействия лекарственных препаратов на сердечно-сосудистую систему человека, является аквариумная рыба Danio rerio (Zebrafish), которая широко применяется для изучения протекания кардиологических заболеваний, мониторинга развития кровеносных сосудов и решения других задач. При этом благодаря прозрачности ее тела на эмбриональных и личиночных стадиях исследования могут проводиться in vivo с использованием оптических методов. Малые размеры, простота содержания, высокая скорость размножения с получением множества (несколько сотен) эмбрионов, короткий период эмбрионального развития (3 дня) и возможность исследования в ряду поколений делают Danio rerio весьма удобным объектом для исследования и опытов и позволяют проводить сравнительные эксперименты на потомстве, полученном от одной пары. Эти преимущества, а также возможность непрерывного наблюдения позволяют существенно повысить скорость получения данных и их достоверность в сравнении с другими используемыми для исследований и тестирования лекарственных препаратов модельными объектами. Ультразвуковые и оптические методы, приборы и программное обеспечение, разработанные участниками международного проекта, позволят визуализировать ткани и карту кровеносных сосудов, автоматически рассчитать частоту сердечных сокращений и скорость кровотока в различных сосудах и другие параметры деятельности сердечно-сосудистой системы. Технология, разработанная в ходе проекта, может быть использована для неинвазивного исследования воздействия различных факторов, как патогенного характера (вирусов, бактерий и т.д.), так и лечебного/защитного (лекарства, вакцины и пр.), а также физических воздействий (радиации, температуры и т.п.) на функционирование сердечно-сосудистой системы. Проект посвящен созданию и апробации уникального лабораторного стенда для бесконтактного мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы и тканей Danio rerio на разных стадиях развития (эмбриональной, личиночной, мальковой, ювенильной и взрослой), в том числе в ряду поколений. Особенностью стенда является не имеющая аналогов комбинация методов ультразвуковой визуализации высокого разрешения, включая доплеровскую эхографию, и оптических методов, таких как фотоплетизмография, видеокапилляроскопия, гиперспектральный мониторинг. С помощью этого стенда планируется проведение цикла измерений параметров сердечно-сосудистой системы с использованием медикаментозных препаратов для выявления/исключения их кардиотоксичности и влияния на сердечно-сосудистую систему и ткани организма, в том числе у потомства. В ходе проекта будут продемонстрированы функциональные возможности стенда (мультимодальность, высокая производительность, автоматическое комплексирование данных), разработана методика проведения исследований кардиотоксичности лекарственных препаратов, а также будет сформирована база данных c характеристиками сердечно-сосудистой системы и различных тканей Danio rerio на разных стадиях развития, содержащая результаты видеоспектрометрических, сонографических и видеокапилляроскопических in vivo исследований с сопутствующими данными гистологических анализов, в том числе при введении различных лекарственных препаратов. Эффективность стенда планируется подтвердить экспериментальными исследованиями влияния вируса гриппа и антигриппозных вакцин на сердечно-сосудистую деятельность Danio rerio и сравнением полученных результатов с известными данными.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Мачихин А.С., Хуанг Ч.-Ч., Хохлов Д.Д., Галанова В.С., Бурлаков А.Б. Single-shot Mueller-matrix imaging of zebrafish tissues: In vivo analysis of developmental and pathological features Journal of Biophotonics, Journal of Biophotonics, 2022, V. 15, Iss. 9, No. e202200088 (год публикации - 2022)
10.1002/jbio.202200088

2. Крылов В., Мачихин А., Сизов Д., Гурылева А., Сизова А., Жданова С., Чугунов В., Бурлаков А. Influence of hypomagnetic field on the heartbeat in zebrafish embryos Frontiers in Physiology, Frontiers in Physiology, V. 13, No. 1040083 (год публикации - 2022)
10.3389/fphys.2022.1040083

3. Титов С.А., Зыкова Л.А., Бурлаков А.Б., Хуанг Ч., Богаченков А.Н. High-Frequency Ultrasound Echocardiography of heart activity of Danio rerio Embryo IEEE Xplore, 2022 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), 2022, pp. 1-4 (год публикации - 2022)
10.1109/WECONF55058.2022.9803424

4. Мачихин А.С., Гурылева А.В., Бурлаков А.Б., Букова В.И., Хохлов Д.Д. Неинвазивное исследование мышечной ткани рыб в раннем онтогенезе Тезисы докладов Всероссийской научной конференции "Моря России: вызовы отечественной науки", Севастополь, 26-30 сентября 2022 г. - Севастополь: ФГБУН ФИЦ МГИ, 2022. - 392 с., Тезисы докладов Всероссийской научной конференции "Моря России: вызовы отечественной науки", Севастополь, 26-30 сентября 2022 г. - Севастополь: ФГБУН ФИЦ МГИ, 2022. - С. 325-327. (год публикации - 2022)

5. Волков М.В., Мачихин А.С., Букова В.И., Хохлов Д.Д., Бурлаков А.Б., Крылов В.В. Optical transparency and label-free vessel imaging of zebrafish larvae in shortwave infrared range as a tool for prolonged studying of cardiovascular system development Scientific Reports, Scientific Reports, 2022, V.12, No. 20884 (год публикации - 2022)
10.1038/s41598-022-25386-w

6. Титов С.А., Бурлаков А.Б., Зыкова Л.А., Хуанг Ч.-Ч. Estimation of Blood Flow Velocity in the Heart of the Danio rerio Embryo Using Correlation of Ultrasonic Signals Proceedings of the 2022 International Conference on Information, Control, and Communication Technologies, IEEE Xplore (год публикации - 2022)

7. Хохлов Д.Д., Мачихин А.С. Применение оптической когерентной томографии для исследования эмбрионов низших позвоночных in vivo Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. Электронное издание. – СПб: Университет ИТМО, [2022]., Хохлов Д.Д., Мачихин А.С. Применение оптической когерентной томографии для исследования эмбрионов низших позвоночных in vivo // XI Конгресс Молодых Ученых Университета ИТМО (04.04.2022 – 08.04.2022). Электронное издание. – СПб: Университет ИТМО, [2022]. (год публикации - 2022)

8. Волков М.В., Маргарянц Н.Б., Мялицин Д.И., Потёмкин А.В., Гурылева А.В. Вычисление траектории и скорости элементов кровотока личинки Zebrafish на основе анализа сигналов с применением метода фазовой корреляции Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С. Попова: Материалы 15-й Международной научно-технической конференции «Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации», ARMIMP-2022., Материалы 15-й Международной научно-технической конференции ARMIMP-2022, 2022. C. 60-62. (год публикации - 2022)
10.25210/armimp-2022-16

9. Селюков А.Г., Бурлаков А.Б., Гурылева А.В., Букова В.И., Хохлов Д.Д., Ефремова Е.В. Неинвазивное исследование сердечно-сосудистой системы сиговых рыб в раннем онтогенезе Материалы VI Международной конференции «Информационные технологии и технические средства управления» (ICCT-2022), Астрахань, 3–7 октября 2022 года / Астраханский государственный технический университет. – Астрахань : Изд-во АГТУ, 2022., Материалы VI Международной конференции «Информационные технологии и технические средства управления» (ICCT-2022), Астрахань, 3–7 октября 2022 года / Астраханский государственный технический университет. – Астрахань : Изд-во АГТУ, 2022. С. 48-50 (год публикации - 2022)

10. Мачихин А.С., Гурылева А.В., Букова В.И., Хохлов Д.Д., Бурлаков А.Б. Simultaneous blood vessel and Mueller-matrix imaging of zebrafish embryos Proceedings of SPIE, Proc. SPIE 12320, Optics in Health Care and Biomedical Optics XII, 123200E (19 December 2022) (год публикации - 2023)
10.1117/12.2642955

11. Букова В.И., Гурылева А.В. Application software for cardiovascular and muscular studies of zebrafish larvae 2023 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), 2023 Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF), 2023, pp. 1-4 (год публикации - 2023)
10.1109/WECONF57201.2023.10147984

12. Букова В.И., Гурылева А.В., Мачихин А.С. Приложение для оценки параметров сердечно-сосудистой и мышечной систем Danio rerio Материалы XXVI Международной научной конференции "Волновая электроника и инфокоммуникационные системы", Материалы XXVI Международной научной конференции "Волновая электроника и инфокоммуникационные системы". В 3-х частях. Часть 2. Санкт-Петербург, 2023. С. 74-79. (год публикации - 2023)

13. Коржевина В.И., Лукьянов Т.Ф., Мачихин А.С., Гурылева А.В., Бурлаков А.Б., Крылов В.В. Влияние глифосата и имидаклоприда на сердечный ритм Danio rerio и Daphnia magna Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы биологии, химии, экологии» / сост. С. Н. Леднев. – Ярославль: ЯрГУ, 2023. – 152 с., Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы биологии, химии, экологии» / сост. С. Н. Леднев. – Ярославль: ЯрГУ, 2023. – 152 с. – (17–21 октября 2023 г., Ярославль). С. 54-56. (год публикации - 2023)

14. Мачихин А.С., Чакраборти А., Зыкова Л.А., Титов С.А., Гурылева А.В., Букова В.И., Бурлаков А.Б. Мультимодальный стенд для визуализации и измерения параметров сердечно-сосудистой и мышечной систем Danio rerio Оптические методы исследования потоков: Труды XVII Международной научно-технической конференции, 26– 30 июня 2023. – М.: Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, 2023. – 795 с., Оптические методы исследования потоков: Труды XVII Международной научно-технической конференции, 26– 30 июня 2023. – М.: Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, 2023. – 795 с. С. 610 - 616. (год публикации - 2023)

15. Зыкова Л.А., Титов С.А. Алгоритм обработки пространственно-временных сигналов в сонографических исследованиях низших позвоночных на ранних стадиях развития Современные технологии научного приборостроения и информационно-измерительных систем: Труды Международной научно-технической конференции, Москва, 23.06.2023. М.: НТЦ УП РАН, 2023., Современные технологии научного приборостроения и информационно-измерительных систем: Труды Международной научно-технической конференции, Москва, 23.06.2023. М.: НТЦ УП РАН, 2023. С. 119-120. (год публикации - 2023)

16. Титов С.А., Богаченков А.Н., Зыкова Л.А., Гурылева А.В., Бурлаков А.Б., Мачихин А.С. Стенд для исследования сердечно-сосудистой системы Danio rerio методами акустической и оптической микроскопии Физические основы приборостроения, Физические основы приборостроения. 2023. Т. 12. № 2 (48). С. 86-93. (год публикации - 2023)
10.25210/jfop‑2302-DYCSOQ

17. Славин А.Е., Шуман Л.А., Гурылева А.В., Букова В.И., Бурлаков А.Б., Бурлакова О.В., Мачихин А.С. Применение фотоплетизмографии для оценки состояния сердечно-сосудистой системы рыб Danio rerio в условиях загрязнения водной среды кадмием Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации: Труды XVI Международной научно-технической конференции, Суздаль, 9-12 октября 2023. ISBN 978-5-6051133-3-1. М.: НТЦ УП РАН, 2023., Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации: Труды XVI Международной научно-технической конференции, Суздаль, 9-12 октября 2023. ISBN 978-5-6051133-3-1. М.: НТЦ УП РАН, 2023. С. 204-208. (год публикации - 2023)
10.2510/armimp-2023-FQFNOM

18. Волков М.В., Маргарянц Н.Б., Мялицин Д.И. Применение систем высокоскоростной видеокапилляроскопии при исследовании параметров кровотока в коже человека и модельных организмов Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации: Труды XVI Международной научно-технической конференции, Суздаль, 9-12 октября 2023. ISBN 978-5-6051133-3-1. М.: НТЦ УП РАН, 2023., Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации: Труды XVI Международной научно-технической конференции, Суздаль, 9-12 октября 2023. ISBN 978-5-6051133-3-1. М.: НТЦ УП РАН, 2023. С. 190-192. (год публикации - 2023)
10.2510/armimp-2023-IODQVQ

19. Зыкова Л.А., Титов С.А., Бурлакова О.В. Анализ погрешности синхронизации ультразвуковых сигналов с сердечным ритмом при сонографических исследованиях малых организмов Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации: Труды XVI Международной научно-технической конференции, Суздаль, 9-12 октября 2023. ISBN 978-5-6051133-3-1. М.: НТЦ УП РАН, 2023., Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации: Труды XVI Международной научно-технической конференции, Суздаль, 9-12 октября 2023. ISBN 978-5-6051133-3-1. М.: НТЦ УП РАН, 2023. С. 193-196. (год публикации - 2023)
10.2510/armimp-2023-JDDOUW

20. Мачихин А.С., Гурылева А.В., Бурлаков А.Б., Селюков А.Г., Букова В.И., Хохлов Д.Д., Руденко Е.Е. Метод неинвазивного исследования сердечно-сосудистой системы в раннем онтогенезе рыб Тезисы докладов Всероссийской научной конференции "Моря России: вызовы отечественной науки", Севастополь, 26-30 сентября 2022 г. - Севастополь: ФГБУН ФИЦ МГИ, 2022. - 392 с., Тезисы докладов Всероссийской научной конференции "Моря России: вызовы отечественной науки", Севастополь, 26-30 сентября 2022 г. - Севастополь: ФГБУН ФИЦ МГИ, 2022. - С. 323-325. (год публикации - 2022)

21. Зыкова Л.А., Бурлаков А.Б., Титов С.А., Богаченков А.Н. Оценка сердечно-сосудистой системы эмбрионов Danio rerio с помощью высокочастотного ультразвукового сканера Сборник трудов XXXIII Всероссийской школы-семинара «Волновые явления: физика и применения» имени А.П. Сухорукова 5-10 июня 2022 года («Волны-2022»), М.: Издательство Московского Университета., Сборник трудов XXXIII Всероссийской школы-семинара «Волновые явления: физика и применения» имени А.П. Сухорукова 5-10 июня 2022 года («Волны-2022»), Ч. 6 "Акустика неоднородных сред", С. 19-20. (год публикации - 2022)

22. Волков М.В., Маргарянц Н.Б., Мялицин Д.И., Потёмкин А.В., Гурылева А.В. Вычисление параметров кровотока личинки zebrafish с применением метода фазовой корреляции Оптический журнал, Оптический журнал, 2023, Т. 90, № 12, С. 61-72. (год публикации - 2023)
10.17586/1023-5086-2023-90-12-61-72

23. Крылов В.В., Мачихин А.С., Сизов Д.А., Гурылева А.В., Сизова А.А., Жданова С.М., Чугунов В.К., Бурлаков А.Б. Влияние гипомагнитных условий на сердцебиение эмбрионов Danio rerio Сборник тезисов XXIV съезда физиологического общества им. И.П. Павлова. Санкт-Петербург, 11–15 сентября 2023 г., Сборник тезисов XXIV съезда физиологического общества им. И.П. Павлова. Санкт-Петербург, 11–15 сентября 2023 г. / СПб.: Изд-во ВВМ, 2023. – 612 с. С. 405-406. (год публикации - 2023)

24. Мачихин А.С., Титов С.А., Хуанг Ч.-Ч., Гурылева А.В., Бурлаков А.Б., Зыкова Л.А., Букова В.И. Combined Optical and Acoustic Microscopy for Noninvasive Cardiovascular Studies Using Zebrafish Model IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT (год публикации - 2024)
10.1109/TIM.2024.3502743

25. Мачихин А.С., Титов С.А., Хуан Ч.-Ч., Гурылева А.В., Бурлаков А.Б., Зыкова Л.А., Букова В.И. Combined Acoustic and Optical Microscopy for Non-Invasive Cardiovascular Studies Using Zebrafish Model The 6th Global Conference оn Biomedical Engineering / Annual Meeting of TSBNIE / TSB (год публикации - 2024)

26. Зыкова Л.А., Титов С.А., Бурлаков А.Б., Богаченков А.Н. Анализ динамики сердечных камер Danio rerio с помощью комбинированной системы визуализации Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации : Труды XVII Международной научно-технической конференции, Суздаль, 23–26 сентября 2024 года. – Москва: Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, 2024. – С. 273-276. (год публикации - 2024)

27. Виноградская М.И., Славин А.Е., Букова В.И., Гурылева А.В., Крылов В.В. Влияние гипомагнитного поля на частоту сердечных сокращений Danio rerio Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации : Труды XVII Международной научно-технической конференции, Суздаль, 23–26 сентября 2024 года. – Москва: Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, 2024. – С. 284-287. (год публикации - 2024)

28. Бурлаков А.Б., Букова В.И., Гурылева А.В., Славин А.Е., Шуман Л.А., Мачихин А.С. Оценка кардиотоксичности тяжелых металлов с помощью модели Danio rerio Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации : Труды XVII Международной научно-технической конференции, Суздаль, 23–26 сентября 2024 года. – Москва: Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, 2024. – С. 280-283. (год публикации - 2024)

29. Славин А.Е., Гурылева А.В., Мачихин А.С. Исследование сердечно-сосудистой системы Danio rerio без обездвиживания Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации: Труды XVII Международной научно-технической конференции, Суздаль, 23–26 сентября 2024 года. – Москва: Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, 2024. – С. 288-291. (год публикации - 2024)

30. Крылов В.В., Сизов Д.А., Мачихин А.С., Гурылева А.В., Чугунов В.К., Бурлаков А.Б. Модуляция сердечного ритма данио-рерио переменными магнитными полями с частотами, близкими этому ритму ФГБНУ АФИ, Научные труды IX Международного конгресса «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине». ФГБНУ АФИ, Санкт-Петербург, 2–4 октября 2024 г. – СПб.: ФГБНУ АФИ, 2024. – С. 141-142. (год публикации - 2024)

31. Славин А. Е., Гурылева А. В., Мачихин А. С., Крылов В. В., Виноградская М. И., Букова В. И. Метод оценки параметров сердечно-сосудистой системы Danio Rerio в условиях стресса без обездвиживания Институт экспериментальной медицины, Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием "Учение академика И. П. Павлова в современной системе нейронаук", посвященная 175-летию со дня рождения академика И. П. Павлова и 120-летию со дня вручения академику И. П. Павлову Нобелевской премии: сборник тезисов докладов / под науч. ред. Абдурасуловой И.Н. – Санкт-Петербург: ИЭМ, 2024. – С. 509-510. (год публикации - 2024)

32. Славин А.Е., Гурылева А.В., Букова В.И., Шуман Л.А., Бурлаков А.Б. Wavelet Analysis of Photoplethysmogram in Zebrafish Larvaе Cardiovascular System Study IEEE (год публикации - 2024)
10.1109/DSPA60853.2024.10510097

33. Зыкова Л. А., Титов С. А., Бурлаков А. Б., Богаченков А. Н. Исследование движения стенок сердца Danio Rerio с помощью мультимодального стенда Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, Волновая электроника и инфокоммуникационные системы: XXVII Междунар. науч. конф. (СПб., 3–7 июня 2024 г.): сб. статей: в 3 ч. Ч. 3. – СПб.: ГУАП, 2024. – С. 77-80. (год публикации - 2024)

34. Мачихин А.С. Применение модели Danio rerio (zebrafish) для визуализации и анализа микроциркуляции в экспериментальной медицине Четвертая международная научно-практическая конференция "Экспериментальные и клинические аспекты микроциркуляции и функции эндотелия" (год публикации - 2024)

35. Мачихин А.С., Плавский В.Ю., Гурылева А.В., Букова В.И., Бурлаков А.Б. Оптические методы и аппаратно-программные средства для комплексного in vivo мониторинга организма Danio Rerio (Zebrafish) Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, Анализ риска здоровью - 2024 : Материалы XIV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. В 2-х томах, Пермь, 15–16 мая 2024 года. – Пермь: Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения, 2024. – С. 182-189. (год публикации - 2024)

36. Сергеева А.Д., Панова А.С., Иванова А.Д., Храмова Ю.В., Морозова К.И., Котова Д.А., Гурылева А.В., Хохлов Д.Д., Кельмансон А.В., Васильев А.В., Костюк А.И., Семьянов А.В., Олейников В.А., Белоусов В.В., Мачихин А.С., Браже Н.А., Билан Д.С. Where in the Tissues of Danio rerio Is More H2O2 Produced During Acute Hypoxia? Antioxidants and Redox Signaling (год публикации - 2024)
10.1089/ars.2024.0563

37. Крылов В.В., Лукьянов Т.Ф., Коржевина В.И., Мачихин А.С., Гурылева А.В., Чугунов В.К., Бурлаков А.Б. Non-invasive recording of heartbeats in Danio rerio and Daphnia magna to assess the toxicity of imidacloprid and glyphosate Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology (год публикации - 2025)
10.1016/j.cbpc.2024.110075

38. Крылов В.В., Мачихин А.С., Сизов Д.А., Гурылева А.В., Чугунов В.К., Бурлаков А.Б. Использование фотоплетизмографических измерений для оценки частоты сердечных сокращений у эмбрионов Danio rerio и взрослых особей Daphnia magna Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации: Труды XVII Международной научно-технической конференции, Суздаль, 23–26 сентября 2024 года. – Москва: Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН, 2024. – С. 262-265. (год публикации - 2024)

39. Зыкова Л.А., Бурлаков А.Б., Титов С.А., Богаченков А.Н. Оценка сердечно-сосудистой системы эмбрионов Danio Rerio с помощью высокочастотного ультразвукового сканера ИЗВЕСТИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2024, том 88, № 1, с. 164–168 (год публикации - 2024)
10.31857/S0367676524010289

40. Хуанг Х., Мачихин А.С., Чен Д.-К., Хуанг Ч.-Ч. High-resolution Tissue Doppler and Strain Imaging for Adult Zebrafish Myocardial Tissue through Ultrafast Highfrequency Ultrasound Vector Doppler Estimation IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS, FERROELECTRICS, AND FREQUENCY CONTROL (год публикации - 2024)
10.1109/TUFFC.2024.3414856

41. Крылов В.В., Сизов Д.А., Мачихин А.С., Гурылева А.В., Чугунов В.К. Бурлаков А.Б. Modulation of zebrafish heart rate by alternating magnetic fields with frequencies close to heart rhythm IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology (год публикации - 2024)
10.1109/JERM.2024.3397557

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проведена отработка и анализ основных функциональных возможностей, разработанных на предыдущих этапах проекта мультимодального экспериментального стенда и алгоритмов обработки данных, а также разработка и апробация методики их использования для получения физиологически значимых результатов неинвазивной оценки состояния организма особей Danio rerio на различных этапах развития (от эмбриона до взрослой особи) при различных воздействиях. Разработан общий протокол (методика) оценки воздействия лекарственных препаратов на сердечно-сосудистую систему модельного объекта Danio rerio, находящегося на различных стадиях развития (от эмбриона до взрослой особи), на основе применения нескольких оптических и акустических методов с помощью разработанного мультимодального экспериментального стенда. В качестве диагностических параметров предложены параметры сердечного ритма (частота сердечных сокращений, ее вариабельность, параметры атриовентрикулярной синхронизации и их вариабельность, характеристики пульсовой волны), структуры стенок сердца, скорости кровотока в сердце и периферических сосудах, морфологии сердца и периферических сосудов, латеральные и аксиальные размеры сердца, структуры мышечной системы. Надежность и точность получения указанных параметров верифицирована общепринятыми методами визуального наблюдения, гистологическим и иммуногистохимическим исследованием, флуоресцентным исследованием, актуальными литературными данными. Разработана методика съемки и алгоритм обработки данных для учета потенциального влияния циркадных ритмов особей и изменения параметров сердечно-сосудистой деятельности и мышечной системы при естественном развитии особей в длительных экспериментах. Разработана методика регистрации и алгоритм обработки данных без обездвиживания для снижения влияния наркотизирующих аппаратов на результаты экспериментов. Разработаны протоколы проведения регистрации данных особей при различных длительностях тестируемого воздействия. Показана возможность регистрации параметров гемодинамики нескольких особей единовременно. Предложенный комплекс методических рекомендаций позволит получать с помощью разработанного экспериментального стенда надежные данные для широкого круга исследовательских и практических задач токсикологии и биологии развития. С помощью разработанных методических и аппаратно-программных средств исследовано влияние на организм Danio rerio токсикантов в различных концентрациях (пестициды, тяжелые металлы) и сопутствующих эксперименту искажающих результаты факторов (низкочастотные магнитные поля, недостаток кислорода). В ходе анализа чувствительности метода в условиях общепринятого теста на острую токсичность и существенно более коротких длительностей выявлена возможность раннего выявления нарушений относительно традиционных протоколов. Продемонстрировано ингибирование развития сердечной функции при влиянии тяжелых металлов и пестицидов в ходе продолжительной интоксикации, пропорциональное дозе токсиканта в растворе. Выявлена рассинхронизация в ритмах работы желудочка и предсердия особей при интоксикации тяжелыми металлами. Выявлены и количественно оценены возможные сопутствующие эксперименту искажающие результаты факторы для последующего их учета и устранения. Продемонстрировано влияние низкочастотных магнитных полей на частоту сердечных сокращений у особей на различных стадиях онтогенеза. Показано влияние гипоксии, аноксии и реоксигенации на частоту сердечных сокращений. Полученные данные ценны сами по себе, так как являются новыми и описывающими значимые физиологические особенности модельных организмов при воздействии на них различных факторов. Кроме того, выявленное и количественно описанное изменение параметров сердечно-сосудистой деятельности необходимо учитывать при разработке схем эксперимента с применением как предложенного мультимодального программно-аппаратного и методического комплекса, так и других подходов к контролю параметров сердечно-сосудистой деятельности. Выводы будут полезны при проведении доклинических исследований кардиотоксичности или моделировании патологий сердца с использованием Danio rerio в качестве модельного организма. Обобщены результаты экспериментальной апробации разработанного комплекса аппаратных, программных и методических средств за 3 года проекта. Собрана база данных проведенных измерений, содержащая результаты акустических и оптических исследований с сопутствующими данными гистологических анализов. Преимуществом предложенного подхода, помимо неинвазивности, информативности и производительности, а также чувствительности по сравнению с другими неинвазивными методами, является его потенциал для автоматизации, сводящий к минимуму участие человека в получении и обработке информации. Он создает широкие возможности для применения искусственного интеллекта и машинного обучения. Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет, посвященные проекту: https://new.ras.ru/activities/news/serdtsa-rybok-danio-rerio-stali-bitsya-chashche-pod-deystviem-magnitnykh-poley/ https://inscience.news/ru/article/russian-science/serdca-rybok-danio-rerio-stali-bitza-chashe https://polpred.com/?ns=1&ns_id=4667886 https://rscf.ru/news/release/serdtsa-rybok-danio-rerio-stali-bitsya-chashche-pod-deystviem-magnitnykh-poley/ https://poisknews.ru/biomediczina/pod-dejstviem-magnitnyh-polej-serdcza-rybok-danio-rerio-stali-bitsya-chashhe/

Публикации

Возможность практического использования результатов
Разработанные в ходе выполнения Проекта методы, алгоритмы и экспериментальный стенд в ходе многочисленных экспериментов подтвердили свою эффективность для неинвазивного анализа сердечно-сосудистой системы модельного биообъекта Danio rerio. Эти результаты имеют важное значение и потенциально широкое применение в экономике и социальной сфере для создания новых приборов, обеспечивающих проведение физиологических, токсикологических и других экспериментальных исследований, необходимых для решения многих актуальных задач: разработки и тестирования лекарственных препаратов, анализа воздействия экологических факторов на живые организмы и др.