Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Дубровский А. И., Дмитренко А. В., Федосов И. В., Семячкина-Глушковская О. В., Вениг С. Б. Измерение коэффициента диффузии флуоресцентного красителя в тканях головного мозга мыши методом восстановления флуоресценции после фотообесцвечивания // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2026. Т. 26, вып. 1. С. 45-52. DOI: 10.18500/1817-3020-2026-26-1-45-52, EDN: GIDNCY

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
31.03.2026
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 13)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Биофизика и медицинская физика
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
577.3:535.8:535.012:53.06
DOI: 
10.18500/1817-3020-2026-26-1-45-52
EDN: 
GIDNCY

Измерение коэффициента диффузии флуоресцентного красителя в тканях головного мозга мыши методом восстановления флуоресценции после фотообесцвечивания

Авторы: 
Дубровский Александр Ильич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Дмитренко Александр Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Федосов Иван Владленович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Семячкина-Глушковская Оксана Валерьевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Вениг Сергей Борисович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Диффузионный перенос вещества в тканях головного мозга до сих пор не изучен полностью и представляет большой интерес для современных исследователей в областях биофизики и биомедицины. Процессы диффузии и переноса вещества в тканях головного мозга связаны со свойствами межклеточного пространства центральной нервной системы. Целью данной работы явилась разработка метода измерения коэффициента диффузии, мкм2/c, в тканях головного мозга лабораторных мышей ex vivo без использования фиксирующих агентов. Проиллюстрирована возможность использования метода восстановления флуоресценции после фотообесцвечивания на основе мультифотонной микроскопии для анализа подвижности молекул флуоресцентного красителя в тканях головного мозга мышей. Представлены результаты экспериментального исследования динамики восстановления флуоресценции в срезе головного мозга мышей. Продемонстрирована методика составления карты молекулярной диффузии ткани головного мозга лабораторной мыши ex vivo на основе мультифотонной микроскопии с возможностью её применения при разнообразном положении в слоях образца в трёхмерном пространстве.

Ключевые слова: 
диффузия
восстановление флуоресценции после фотообесцвечивания
мультифотонная микроскопия
Благодарности: 
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 23-75-30001, https://rscf.ru/project/23-75-30001/).
Список источников: 
  1. Blokhina I., Terskov A., Evsiukova A., Dubrovsky A., Adushkina V., Zlatogorskaya D., Dmitrenko A., Tuzhilkin M., Manzhaeva M., Krupnova V., Ilyukov E., Myagkov D., Tuktarov D., Popov S., Tzoy M., Shirokov A., Fedosov I., Semyachkina-Glushkovskaya O. Photodynamic opening of the blood-brain barrier affects meningeal lymphatics and the brain’s drainage in healthy male mice. Biomedical Optics Express, 2024, vol. 15, iss. 10, pp. 6063–6072. https://doi.org/10.1364/BOE.527892
  2. Du D., Fu W., Su S., Mao X., Yang L., Xu M., Yuan Y., Gao Y., Geng Z., Chen Y., Zhao M., Fu Y., Yin F., Han H. Remote regulation of molecular diffusion in extracellular space of Parkinson’s disease rat model by subthalamic nucleus deep brain stimulation. Cyborg and Bionic Systems, 2025, vol. 6, art. 0218. https://doi.org/10.34133/cbsystems.0218
  3. Mizuta K., Sato M. Multiphoton imaging of hippocampal neural circuits: Techniques and biological insights into region-, cell-type-, and pathway-specific functions. Neurophotonics, 2024, vol. 11, iss. 3, art. 033406. https://doi.org/10.1117/1.Nph.11.3.033406
  4. Yong Y., Cai Y., Lin J., Ma L., Han H., Li F. Advancement in modulation of brain extracellular space and unlocking its potential for intervention of neurological diseases. Med-X, 2024, vol. 2, art. 6. https://doi.org/10.1007/s44258-024-00021-7
  5. McCarty G., Dunaway L., Denison J., Sombers L. Neurotransmitter Readily Escapes Detection at the Opposing Microelectrode Surface in Typical Amperometric Measurements of Exocytosis at Single Cells. Analytical Chemistry, 2022, vol. 94, iss. 27, pp. 9548–9556. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c00060
  6. Chen J., Li Z., Han Z., Kang D., Ma J., Yi Y., Fu F., Guo W., Zheng L., Xi G., He J., Qiu L., Li L., Zhang Q., Wang C., Chen J. Prognostic value of tumor necrosis based on the evaluation of frequency in invasive breast cancer. BMC Cancer, 2023, vol. 23, art. 530. https://doi.org/10.1186/s12885-023-10943-x
  7. Lacin M., Yildirim M. Applications of multiphoton microscopy in imaging cerebral and retinal organoids. Frontiers in Neuroscience, 2024, vol. 18, art. 1360482. https://doi.org/10.3389/fnins.2024.1360482
  8. Ye M., Yu X., Yuan Y., He M., Xiong S., Li J., Wang Y., Li C., Xiong X., Deng H. Design a dual-response two-photon fluorescent probe for simultaneous imaging of mitochondrial viscosity and peroxynitrite in a thrombosis model. Analytica Chimica Acta, 2024, vol. 1287, art. 342088. https://doi.org/10.1016/j.aca.2023.342088
  9. Safaee M., Nishitani S., McFarlane I., Yang S., Sun E., Medina S., Squire H., Landry M. Dual infrared 2-photon microscopy achieves minimal background deep tImaging in brain and plant tissues. Advanced Functional Materials, 2024, vol. 34, iss. 44, art. 2404709. https://doi.org/10.1002/adfm.202404709
  10. Day C., Kang M. The utility of fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) to study the plasma membrane. Membranes, 2023, vol. 13, iss. 5, art. 492. https://doi.org/10.3390/membranes13050492
  11. Parlow J., Rodler A., Gråsjö J., Sjögren H., Hansson P. FRAP analysis of peptide diffusion in extracellular matrix mimetic hydrogels as an in vitro model for subcutaneous injection. International Journal of Pharmaceutics, 2024, vol. 664, art. 124628. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2024.124628
  12. Kenworthy A. What’s past is prologue: FRAP keeps delivering 50 years later. Biophysical Journal, 2023, vol. 122, iss. 18, pp. 3577–3586. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2023.05.016
  13. Parlow J., Rodler A., Gråsjö J., Sjögren H., Hansson P. FRAP analysis of peptide diffusion in extracellular matrix mimetic hydrogels as an in vitro model for subcutaneous injection. International Journal of Pharmaceutics, 2024, vol. 664, art. 124628. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2024.124628
  14. Hashlamoun K., Abusara Z., Ramírez-Torres A., Grillo A., Herzog W., Federico S. Fluorescence recovery after photobleaching: direct measurement of diffusion anisotropy. Biomechanics and Modeling in Mechanobiology, 2020, vol. 19, pp. 2397–2412. https://doi.org/10.1007/s10237-020-01346-z
  15. Li M., Razumtcev A., Turner G., Hwang Y., Simpson G. Fast Diffusion Characterization by Multiphoton Excited Fluorescence Recovery while Photobleaching. Analytical Chemistry, 2023, vol. 95, iss. 38, pp. 14331–14340. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.3c02638
  16. Elias T. M., Brown Jr. E. B., Brown III E. B. Expanding the applicability of multiphoton fluorescence recovery after photobleaching by incorporating shear stress in laminar flow. Journal of Biomedical Optics, 2023, vol. 28, iss. 7, art. 076502. https://doi.org/10.1117/1.JBO.28.7.076502
  17. George S., Steele C., Ricci A. A two-photon FRAP protocol to measure the stereociliary membrane diffusivity in rat cochlear hair cells. STAR Protocols, 2021, vol. 2, iss. 3, art. 100637. https://doi.org/10.1016/j.xpro.2021.100637
  18. Xu X., Ge X., Xiong H., Qin Z. Toward dynamic, anisotropic, high-resolution and functional measurement in the brain extracellular space. Neurophotonics, 2022, vol. 9, iss. 3, art. 032210. https://doi.org/10.1117/1.Nph.9.3.032210
  19. Saito T., Deguchi S. Advancing FRAP for cell studies: Where there is a new method, there is a new field. Journal of Biomechanical Science and Engineering, 2023, vol. 18, no. 4, art. 23-00028. https://doi.org/10.1299/jbse.23-00028
  20. Syková E., Nicholson C. Diffusion in brain extracellular space. Physiological Reviews, 2008, vol. 88, iss. 4, pp. 1277–1340. https://doi.org/10.1152/physrev.00027.2007
Поступила в редакцию: 
18.09.2025
Принята к публикации: 
19.12.2025
Опубликована: 
31.03.2026
  • 44 просмотра