Оптически невидимые чашки Петри улучшают визуализацию эмбрионов при ЭКО

Выбор наиболее здорового эмбриона — один из важнейших этапов экстракорпорального оплодотворения ( ЭКО ), однако он остается одним из самых неопределенных. Примерно 15 процентов пар во всем мире сталкиваются с бесплодием, а показатели успеха ЭКО часто остаются ниже 33 процентов. Основная проблема заключается в том, что эмбриологи должны выбрать единственный эмбрион для имплантации, полагаясь на то, что они могут увидеть под микроскопом. Даже небольшие визуальные детали, такие как деление клеток или формирование внутренних структур эмбриона, могут указывать на вероятность здоровой беременности. Поэтому четкое изображение имеет важное значение.

С этой целью исследователи разработали новые чашки Петри типа «лунка в лунке» (WOW), в которых используются небольшие трехмерные микролунки вместо плоских чашек. Эти микролунки могут способствовать более естественному развитию эмбрионов, но у них есть существенный недостаток: они мешают оптике. Пластиковые и силиконовые материалы, обычно используемые для изготовления лунок, преломляют свет иначе, чем жидкая культуральная среда, окружающая эмбрион. Это несоответствие создает размытые области, искаженные края и видимые выступы, которые скрывают мелкие детали. В результате эмбриологам приходится выбирать между тем, чтобы позволить эмбрионам расти в более благоприятной среде, или возможностью четко их видеть — невозможный компромисс в области, где важна каждая деталь.

Как сообщается в журнале Biophotonics Discovery , команда из Университета Вандербильта недавно разработала перспективное решение, изготовив чашки Петри WOW из агарозы — гидрогеля, состоящего в основном из воды. Поскольку агароза имеет почти такой же показатель преломления, как и культуральная среда, свет проходит через чашку без изгиба и рассеяния. На практике трехмерная структура становится практически оптически «невидимой», что позволяет микроскопам получать четкие, неискаженные изображения.

Чтобы проверить свой подход, исследователи сравнили новые чашки Петри из агарозы с традиционными чашками из полидиметилсилоксана (ПДМС). Они начали с оптических исследований с использованием крошечных микросфер для проверки разрешения и геометрической точности. В чашках из ПДМС гребни, образовавшиеся в процессе производства, заметно искажали изображение, тогда как в чашках из агарозы эти гребни почти исчезали. Детали, которые ранее были размытыми или прерывистыми, стали четкими.

Для более точных измерений команда использовала датчик волнового фронта Шак-Хартмана, который отслеживает изменение формы световых волн при прохождении через материал. Датчик показал, что чашки из ПДМС вносят выраженные и сложные искажения, известные как аберрации высокого порядка. В отличие от этого, чашки из агарозы создают волновые картины, почти идентичные тем, которые наблюдаются при визуализации через стандартную плоскую чашку Петри. Это подтвердило, что гидрогель практически не создает оптических помех.

Конечно, четкие изображения мало что значили бы, если бы эмбрионы не могли хорошо развиваться в новом устройстве. Чтобы решить эту проблему, команда культивировала эмбрионы мышей в чашках с агарозой и обнаружила нормальное развитие, соответствующее тому, что обычно наблюдается в существующих системах культивирования. Микроскопические изображения показали, что структуры внутри эмбрионов были четко различимы, выделяя тонкие внутренние особенности, важные для оценки.

Благодаря этой разработке устранено одно из главных препятствий на пути внедрения 3D-микролуночной культуры. Конструкция на основе агарозы позволяет эмбриологам использовать чашки Петри, способствующие более здоровому росту эмбрионов без ущерба для видимости. Сочетание этих преимуществ может повысить точность отбора эмбрионов и, в конечном итоге, способствовать увеличению частоты наступления беременности у пациенток, проходящих ЭКО.

Источник: SPIE — Международное общество оптики и фотоники