Исследование применимости инфракрасных пикосекундных лазерных импульсов для микродиссекции блестящей оболочки эмбриона мыши

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

В работе диссекция оболочки эмбриона мыши осуществлялась с использованием пикосекундных лазерных импульсов инфракрасного диапазона спектра (длина волны излучения – 1028 нм, длительность – 25 ± 5 пс, частота следования импульсов – 2.5 кГц). С помощью оптической микроскопии исследовалась зависимость ширины надреза D, формируемого лазерным излучением на блестящей оболочке эмбриона, от энергии E лазерных импульсов и скорости υ перемещения луча. Выполнено сравнение полученных значений с результатами микрохирургии импульсами фемтосекундной длительности (1028 нм, 280 фс). Показано, что применение как фемто-, так и пикосекундных лазерных импульсов для микрохирургии блестящей оболочки эмбриона позволяет получить надрез, ширина которого меньше геометрического размера сфокусированных лазерных пучков. При этом диссекция пикосекундными импульсами возможна лишь при существенно меньшей скорости перемещения лазерного пучка (в 20 и более раз), что увеличивает время, затрачиваемое на процедуру. Применение пикосекундных лазерных импульсов не выявило каких-либо преимуществ перед фемтосекундными.

全文:

受限制的访问

作者简介

Д. Ситников

ФГБУН Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН)

编辑信件的主要联系方式.
Email: Sitnik.ds@gmail.com
俄罗斯联邦, Москва

Д. Мухдина

ФГБУН Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН)

Email: Sitnik.ds@gmail.com
俄罗斯联邦, Москва

М. Овчинников

ФГБУН Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН)

Email: Sitnik.ds@gmail.com
俄罗斯联邦, Москва

参考

  1. Zhou Y., Hamblin M.R., Wen X. An Update on Fractional Picosecond Laser Treatment: Histology and Clinical Applications // Lasers Med. Sci. 2023. V. 38. № 1. P. 45.
  2. Wu D.C., Goldman M.P., Wat H., Chan H.H.L. A Systematic Review of Picosecond Laser in Dermato- logy: Evidence and Recommendations // Lasers Surg. Med. 2021. V. 53. № 1. P. 9.
  3. Малиновская С.Л., Другова О.В., Борзиков В.В., Баврина А.П. Фотобиомодуляция как альтернативный подход к коррекции физиологически измененных состояний живой ткани // Медицинский альманах. 2019. Т. 4. № 69. С. 6.
  4. Kasai K. Picosecond Laser Treatment for Tattoos and Benign Cutaneous Pigmented Lesions (Secondary publication) // Laser Ther. 2017. V. 26. № 4. P. 274.
  5. Dong W., Wang N., Yuan X., Zhang W. Treatment of Pigmentary Disorders Using Picosecond Laser in Asian Patients: A Meta-analysis and Systematic Review // Dermatol. Ther. 2021. V. 34. P. e14709.
  6. Haykal D., Cartier H., Maire C., Mordon S. Picosecond Lasers in Cosmetic Dermatology: Where Are We Now? An Overview of Types and Indications // Lasers Med. Sci. 2023. V. 39. № 1. P. 8.
  7. Серая И.В., Мураков С.В. Применение лазерных аппаратов в эстетической косметологии и дерматологии // Клиническая дерматология и венерология. 2024. Т. 23. № 2. С. 206.
  8. Schinkel H., Jacobs P., Schillberg S., Wehner M. Infrared Picosecond Laser for Perforation of Single Plant Cells // Biotechnol. Bioeng. 2008. V. 99. № 1. P. 244.
  9. Guo Y., Liang H., Berns M. W. Laser-Mediated Gene Transfer in Rice // Physiol. Plant. 1995. V. 93. № 1. P. 19.
  10. Badr Y A., Kereim M.A., Yehia M.A., Fouad O.O., Bahieldin A. Production of Fertile Transgenic Wheat Plants by Laser Micropuncture // Photochem. Photobiol. Sci. 2005. V. 4. № 10. P. 803.
  11. Botvinick E.L., Venugopalan V., Shah J.V., Liaw L.H., Berns M.W. Controlled Ablation of Microtubules Using a Picosecond Laser // Biophys. J. Elsevier, 2004. V. 87. № 6. P. 4203.
  12. Raabe I., Vogel S.K., Peychl J., Tolić-Nørrelykke I.M. Intracellular Nanosurgery and Cell Enucleation Using a Picosecond Laser // J. Microsc. 2009. V. 234. № 1. P. 1.
  13. Karmenyan A.V., Shakhbazyan A.K., Sviridova-Chailakhyan T.A., Krivokharchenko A.S., Chiou A.E., Chailakhyan L.M. Use of Picosecond Infrared Laser for Micromanipulation of Early Mammalian Embryos // Mol. Reprod. Dev. 2009. V. 76. № 10. P. 975.
  14. Vegesna N. V. G., Ronchi P., Durdu S., Terjung S., Pepperkok R. Targeted Ablation Using Laser Nanosurgery. In: Light Microscopy: Methods and Protocols, Methods in Molecular Biology / Eds. Markaki Y., Harz H. N.Y. : Springer, 2017. V. 1563. P. 107.
  15. Krivokharchenko A., Karmenyan A., Sarkisov O., Bader M., Chiou A., Shakhbazyan A. Laser Fusion of Mouse Embryonic Cells and Intra-Embryonic Fusion of Blastomeres without Affecting the Embryo Integrity // PLoS One. 2012. V. 7. № 12. P. e50029.
  16. Tadir Y., Wright W.H., Vafa O., Liaw L.H., Asch R., Berns M.W. Micromanipulation of Gametes Using Laser Microbeams // Hum. Reprod. 1991. V. 6. № 7. P. 1011.
  17. Ситников Д.С., Ильина И.В., Пронкин А.А. Оценка теплового воздействия лазерных импульсов фемто- и миллисекундной длительности при выполнении микрохирургических процедур на эмбрионах млекопитающих // Квантовая электроника. 2022. Т. 52. № 5. С. 482.
  18. Douglas-Hamilton D.H., Conia J. Thermal Effects in Laser-assisted Pre-embryo Zona Drilling // J. Biomed. Opt. 2001. V. 6. № 2. P. 205.
  19. Ilina I.V., Khramova Y.V., Filatov M.A., Sitnikov D.S. Femtosecond Laser is Effective Tool for Zona Pellucida Engraving and Tagging of Preimplantation Mammalian Embryos // J. Assist. Reprod. Genet. 2019. V. 36. № 6. P. 1251.
  20. Ilina I.V., Khramova Y.V., Filatov M.A., Sitnikov D.S. Application of Femtosecond Laser Microsurgery in Assisted Reproductive Technologies for Preimplantation Embryo Tagging // Biomed. Opt. Express. 2019. V. 10. № 6. P. 2985.
  21. Vogel A., Venugopalan V. Mechanisms of Pulsed Laser Ablation of Biological Tissues // Chem. Rev. 2003. V. 103. № 2. P. 577.
  22. Vogel A., Noack J., Hüttman G., Paltauf G. Mechanisms of Femtosecond Laser Nanosurgery of Cells and Tissues // Appl. Phys. B. 2005. V. 81. № 8. P. 1015.
  23. Ilina I.V., Ovchinnikov A.V., Sitnikov D.S., Rakityanskiy M.M., Agranat M.B., Khramova Y.V., Semenova M.L. Application of Femtosecond Laser Pulses in Biomedical Cell Technologies // High Temp. 2013. V. 51. № 2. P. 173.
  24. Sitnikov D.S., Ovchinnikov A.V., Ilina I.V., Chefonov O.V., Agranat M.B. Laser Microsurgery of Cells by Femtosecond Laser Scalpel and Optical Tweezers // High Temp. 2014. V. 52. № 6. P. 803.
  25. Ситников Д.С., Ильина И.В., Филатов М.А., Силаева Ю.Ю. Исследование влияния микродиссекции блестящей оболочки эмбрионов млекопитающих на ее толщину // Вестн. РГМУ. 2023. Т. 1. № 1. С. 41.
  26. Ситников Д.С., Мухдина Д.Е., Филатовa М.А., Силаева Ю.Ю. Определение оптимальных параметров воздействия при микродиссекции блестящей оболочки эмбриона с помощью инфракрасных фемтосекундных лазерных импульсов // ТВТ. 2024. Т. 62. № 1. С. 121.
  27. Liu J. M. Simple Technique for Measurements of Pulsed Gaussian-beam Spot Sizes // Opt. Lett. 1982. V. 7. № 5. P. 196.
  28. Кубекина М.В., Филатов М.А., Силаева Ю.Ю., Ситников Д.С. Исследование теплового воздействия фемтосекундных лазерных импульсов на эмбрионы мыши в рамках процедуры вспомогательного хетчинга // Вестн. РГМУ. 2023. № 6. C. 76.
  29. Ilina I.V., Khramova Y.V., Ivanova A.D., Filatov M.A., Silaeva Y.Y., Deykin A.V., Sitnikov D.S. Controlled Hatching at the Prescribed Site Using Femtosecond Laser for Zona Pellucida Drilling at the Early Blastocyst Stage // J. Assist. Reprod. Genet. 2021. V. 38. № 2. P. 517.
  30. Noack J., Vogel A. Laser-induced Plasma Formation in Water at Nanosecond to Femtosecond Time Scales: Calculation of Thresholds, Absorption Coefficients, and Energy Density // IEEE J. Quantum Electron. 1999. V. 35. № 8. P. 1156.
  31. Habbema L., Verhagen R., Van Hal R., Liu Y., Varghese B. Efficacy of Minimally Invasive Nonthermal Laser-induced Optical Breakdown Technology for Skin Rejuvenation // Lasers Med. Sci. 2013. V. 28. № 3. P. 935.
  32. Vogel A., Busch S., Parlitz U. Shock Wave Emission and Cavitation Bubble Generation by Picosecond and Nanosecond Optical Breakdown in Water // J. Acoust. Soc. Am. 1996. V. 100. № 1. P. 148.
  33. Vogel A., Nahen K., Theisen D., Noack J. Plasma Formation in Water by Picosecond and Nanose- cond Nd:YAG Laser Pulses - Part I: Optical Breakdown at Threshold and Superthreshold Irradiance // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 1996. V. 2. № 4. P. 847.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Schematic diagram of the experimental setup: 1 - picosecond laser; 2 - laser radiation attenuation unit; 3 - glass plate; 4 - photodiode; 5 - telescope unit; 6 - mechanical laser radiation chopper; 7, 8 - mirrors for the laser radiation wavelength; 9 - micro objective; 10 - motorized stage; 11 - Petri dish with embryos; 12 - microscope condenser; 13 - illuminator; 14 - video camera; 15 - inverted microscope.

下载 (13KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Measuring the laser spot size: (a) - target unit: 1 - micro objective, 2 - Petri dish with glass bottom, 3 - spacers, 4 - water, 5 - Cu target; (b) – dependence of the square of the crater size r 2abl on the logarithm of the energy ln(E): markers – experimental data, straight lines – linear approximation; (c) – spatial distribution of the radiation intensity.

下载 (37KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Micrographs of the embryo after optical breakdown in ZP (a) and a fragment of the zona pellucida of the embryo (b) after microsurgery (υ = 0.0005 mm/s, f = 2.5 kHz); Emin = 0.3 μJ, Emax = 1.17 μJ, scale – 25 μm, the rectangle marks the area for constructing the section profiles; (c) – dependence (2) of the square of the notch width D 2 on the logarithm of the energy of picosecond laser pulses ln(E).

下载 (25KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Dependence of the notch width of the zona pellucida on the laser beam velocity D(υ) at f = 2.5 kHz: 1 – D(υ), impact at Eps= 1174 nJ; 2 – D(Eps*) at υ = 0.0005 mm/s, Eps* = 307, 353, 390, 501, 680, 819, 1005, 1174 nJ; 3 – D(υ), Efs = 174 nJ, data [26], 4 – D(Efs**) at υ = 0.01 mm/s, Efs** = 152, 159, 167, 174, 189 nJ [26]. 

下载 (19KB)
索引源数据

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».