Коллективом авторов разрабатывается оригинальная методика объединения (слияния) клеток при помощи фемтосекундного лазерного излучения. Традиционными альтернативными методами слияния клеток являются электрослияния и химическое слияние (при помощи полиэтиленгликоля). Так же существует методика слияния клеток при помощи гемагглютинирующих вирусов, которая применяется в работах как с эмбрионами животных, так и человека. Все эти методы существенно инвазивны, поскольку неизбежно воздействуют на объединяемые клетки целиком.

Важнейшей особенностью разрабатываемой методики является возможность направлять лазерное воздействие строго в область контакта клеток. При таком подходе сами по себе клетки остаются практически интактными. Кроме того, методика обладает широкой вариативностью параметров дозы и интенсивности лазерного воздействия, что позволяет применять лазер для слияния как очень мелких и деликатных объектов (например, соматических клеток в суспензии), так и достаточно крупных (ооцитов мыши).

Ранее мы показали, что при помощи фемтосекундного лазерного излучения можно совершать энуклеацию ооцитов мыши с высокой точностью и малой инвазивностью (Osychenko A.A. et.al, Biomedical Optics Express, 2022). В рамках данной работы предлагается дополнить методику фемтосекундного лазерного слияния клеток использованием флуоресцентного красителя BioTracker 400 Blue Cytoplasmic Membrane Dye, который встраивается в липиды, в т.ч. цитоплазматическую мембрану, для увеличения эффективности поглощения фемтосекундного лазерного излучения.

В работе использованы две модельные системы: суспензия клеток линии А549 и двухклеточные эмбрионы мыши. Исследована эффективность проведения процедуры лазерного слияния клеток в зависимости от присутствия флуоресцентного красителя, длины волны фемтосекундного лазерного излучения, энергии импульса, частоты следования импульсов. Продемонстрирована способность управлять долей поглощённого фемтосекундного лазерного излучения за счёт спектральных особенностей используемого флуоресцентного красителя. Результат данной работы носит общий характер для использования фемтосекундного лазерного излучения в качестве наноскальпеля и может быть использован в других работах, связанных с фемтосекундной лазерной нанохирургии.

Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 21-75-10155. Работа выполнена на ЦКП № 506694 ФИЦ ХФ РАН и УНУ № 1440743.

The team of authors develops the original method of combining (fusion) of cells using femtosecond laser radiation. Traditional alternative cells of cells are electric science and chemical fusion (using polyethylene glycol). There is also a method of fusion of cells using hemagglutinating viruses, which is used in the works of both animal embryos and humans. All these methods are significantly invasive, since they inevitably affect the united cells entirely.

The most important feature of the developed methodology is the ability to direct the laser effect strictly to the cell contact area. With this approach, the cells themselves remain almost intact. In addition, the technique has a wide variability of dose parameters and the intensity of laser exposure, which allows the use of a laser to merge both very small and delicate objects (for example, somatic cells in a suspension) and sufficiently large (mouse oocytes).

Earlier, we showed that using femtosecond laser radiation, you can enucleate of mouse oocytes with high accuracy and low invasiveness (Osychenko A.A. et.al, Biomedical Optics Express, 2022). Within the framework of this work, it is proposed to supplement the methodology of the femo -section laser fusion of cells with the use of fluorescent dye Biotracker 400 Blue Cytoplasmic Membrane Dye, which is built into lipids, including The cytoplasmic membrane to increase the efficiency of the absorption of femtosecond laser radiation. Two model systems were used in the work: a suspension of cells of the A549 line and two -cell mouse embryos. The effectiveness of the procedure of laser fusion of cells was studied depending on the presence of fluorescent dye, wavelength of femtosecond laser radiation, pulse energy, and pulse frequency. The ability to control the shares of absorbed femtosecond laser radiation due to the spectral features of the used fluorescent dye was demonstrated. The result of this work is general in nature for the use of femtosecond laser radiation as nanoscalpel and can be used in other works associated with femtosecond laser nanosurgery.

This work is supported by the Russian Science Foundation under grant № 21-75-10155. The work was performed on the facilities of ACBS Center of the Collective Equipment (№ 506694, FRCCP RAS) and large-scale research facilities № 1440743