УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ РЫБЫ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫСОКОТОЧНЫХ ИНВАЗИВНЫХ МАНИПУЛЯЦИЙ Российский патент 2023 года по МПК A61D3/00 A61B90/10 

Область техники

Изобретение относится к области биотехнологии, биомедицины, медицинской техники и трехмерной печати.

Уровень техники

Анализ уровня техники и поиск общедоступных источников информации выявил следующие ближайшие аналоги предлагаемой полезной модели.

Рыба зебраданио - вид небольших пресноводных рыб южно-азиатского происхождения из семейства карповых (лат. сем. Cyprinidae), средний размер тела составляет около 3,3 см. Зебраданио является хорошим модельным организмом для научных биомедицинских исследований и получила большую популярность у исследователей за счет неприхотливости к условиям содержания, малых размеров и короткого срока полового созревания при относительно большой продолжительности жизни: 3 месяца и 3 года, соответственно.

Высокая гомология генов и нейротрансмиттерных путей между зебраданио и другими позвоночными животными позволяет транслировать результаты исследования между видами. Более того, современные технологические возможности позволили создавать адекватные модели заболеваний человека у рыб зебраданио. Таким образом, зебраданио на сегодняшний день становится популярной моделью среди позвоночных животных для изучения неврологических расстройств человека и разработки лекарственных препаратов. Их плодовитость, простота и скорость разведения, генетическая гомология и оптическая прозрачность личинок стали ключевыми факторами для выбора этой модели для самых разнообразных исследований.

Особое место рыба зебраданио заняла в биомедицине, выступая в качестве модели [1] в токсикологических [2], генетических [3, 4], физиологических [5, 6], геронтологических [7] и нейробиологических [8, 9] исследованиях, уступая лидерство среди позвоночных лабораторных животных лишь мыши.

На сегодняшний день наблюдается значительный рост количества экспериментальных исследований с использованием зебраданио в нейробиологии, однако, из-за чрезмерно малых размеров не только самой рыбки, но и ее головы, прижизненные исследования на мозге даже взрослых особей весьма и весьма ограничены, либо отсутствуют. Особенно это касается применения инвазивных инструментальных методов, которые в настоящее время широко используются на других лабораторных животных и имеют важное значение для познания функций мозга в прикладном аспекте (например, для создания лекарств или искусственного интеллекта). Непременным условием использования этих методов на мозге является жесткая фиксация черепа с сохранением жизненно важных функций животного на время проведения эксперимента (десятки минут - часы). На грызунах (мышах и крысах) для этой цели используют стереотаксические установки с 3-точечной фиксацией, используя упругости костных тканей ушных раковин и верней челюсти на уровне передних резцов. Для рыб зебраданио таких устройств, по опубликованным в доступной научной литературе сведениям, по сути не существует [10-14]. Ни один из имеющихся немногочисленных аналогов не обеспечивает достаточного уровня фиксации черепа (нейрокраниума) рыбки, и таким образом не защищает имплантированные микроустройства (например, карбоновые микроэлектроды, оптическое волокно) от повреждений и создания помех при регистрации сигнала из-за подвижности между поверхностью устройства и окружающей тканью мозга. Возможность определения функционально важных химических соединений в мозге зебраданио с помощью современных инструментальных методов (например, вольтамметрии) уже доказана как по чувствительности, так и по селективности в опытах с образцами мозга, изъятыми от животного и помещенными в искусственную среду (в буферный раствор с определенным составом ионов).

Известно техническое решение SU 1671209 А1, 23.08.1991 «Стереотаксическая установка для рыб» [15]. Данное техническое решение относится к экспериментальной технологии, а именно к устройствам для исследования биоэлектрической активности головного мозга рыб. Данное техническое решение позволяет повысить точность и расширить область исследований за счет проведения опытов на ненаркотизированных рыбах. Данное техническое решение состоит из установки, которая содержит микроманипулятор и закрепленную на ней кювету для воды, внутри которой помещено фиксирующее устройство. Фиксирующее устройство снабжено головными зажимами, зажимами для фиксации туловища и ротовым держателем. Головные и туловищные зажимы укреплены с возможностью перемещения в латеральном направлении. Головной зажим содержит стойку и укрепленный на ней посредством резьбы стержень с конусовидным концом. Недостатком данного технического решения является то, что вышеуказанное решение предназначено для крупных рыб, при исследовании которых можно применять зажимы и рейки, однако крупные рыбы менее широко используемых в науке и Фарминдустрии.

Известно другое техническое решение, может являться наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и схемному решению аналогом (прототипом). Это устройство, описанное в китайском патенте на изобретение №CN 110711044 А, 21.01.2020 г. «Five-axis zebrafish brain stereotaxic instrument based on precision sliding table» [16]. Устройство описывает пятиосевой стереотаксический инструмент для рыбок зебраданио. Пятиосевой стереотаксический инструмент для манипуляций на головном мозге рыбы включает модуль движения, модуль фиксации рыбок зебраданио, модуль сверлильной установки и модуль мониторинга. Модуль движения включает в себя основание, линейный подвижный стол с осью XZ, линейный подвижный стол с осью Z, поворотный стол с осью А и поворотный стол с осью В, при этом линейный скользящий стол по оси XY и ось Z линейный подвижный стол используется для регулировки положения модуля сверлильной установки. Поворотный стол оси А и поворотный стол оси В используются для регулировки положения модуля фиксации рыбок зебраданио, а основание используется для обеспечения фиксации модулей. Модуль сверлильной установки включает в себя двигатель, основание двигателя, зажим для сверла и сверло. Модуль сверлильной установки используется для проведения краниотомии у рыбок зебраданио. Модуль мониторинга включает в себя макрокамеру и поддерживающую конструкцию движения макрокамеры для точного соблюдения условий сверления сверла в процессе краниотомии рыбок. Модуль фиксации рыбок включает в себя корпус зажимного устройства, верхнюю накладку, защелку и фиксирующую колонку с резиновой лентой и используется для фиксации рыбок. Может быть достигнуто высокоточное позиционирование мозга рыбок зебраданио. Возможная техническая задача, решаемая данным устройством, заключается в создании высокоточного стереотаксического прибора для мозга, подходящего для рыбок зебраданио, в котором используется ручное линейное скольжение, приводимое в движение микрометрическим винтом, для достижения точности позиционирования стереотаксического прибора для мозга, необходимой для индивидуального размера рыбы зебраданио. Недостатком данного устройства является то, что устройство не обеспечивает нахождение рыбы в естественной водной среде обитания и не позволяет длительное время производить манипуляции с живой рыбой зебраданио с использованием анестезии, не нарушая процесс жизнедеятельности. Это не позволяет проведение инвазивных с помощью электродов измерений концентрации нейротрансмиттеров в мозге в динамике нейробиологических процессов (десятки минут, часы) или при фармакологическом воздействии.

Чтобы устранить недостатки предложенного прототипа, предлагается разработанное авторами изобретение.

Одна из возможных технических проблем, которую предполагается решить настоящим изобретением, является расширение арсенала средств для проведения экспериментов на живых рыбах, например, на рыбе зебраданио. Другая возможная техническая проблема, которую предполагается решить настоящим изобретением, заключается в создании устройства, позволяющего обеспечить более-менее надежную фиксацию головы рыбы как объекта исследований на рыбе, например, взрослой рыбе зебраданио. Решение данной проблемы может дать возможность экономично и эффективно проводить исследования на рыбах, например, оно может быть успешно использовано во время проведения прижизненных инвазивных манипуляций на мозге рыбы с помощью электродов при изучении нейрональных процессов, а также при изучении влияния фармакологических препаратов.

Раскрытие сущности изобретения

Данное изобретение решает некоторые из вышеуказанных проблем в уровне техники, предоставляя технические решения, которые решают полностью или частично одну из вышеуказанных проблем, предоставляя соответствующий технический результат.

Одной из возможных задач настоящего технического решения является создание оптимальных условий для in vivo исследований мозга взрослой половозрелой особи зебраданио в условиях продолжительной иммобилизации рыбы в предлагаемом изобретении. Специалисту в данной области техники понятно, что данное изобретение может решать и другие технические задачи, например, проводить исследования на других видах рыб разных размеров и форм. Также возможно проводить исследования на других частях тела рыбы, включая спинной мозг, нервную, кровеносную, пищеварительную системы и так далее.

Один из возможных технических результатов заключается в расширении средств для проведения экспериментов на рыбах. Другой возможный технический результат заключается в расширении оперативных возможностей использования в экспериментах на рыбах электродов и фармацевтических препаратов при проведении in vivo прижизненных исследований, например, мозга или другого органа рыбы, с помощью предлагаемого устройства. Также другой возможный технический результат может включать обеспечение фиксации головы рыбы, которую исследователь сочтет достаточно надежной, причем устройство обеспечивает возможность самостоятельной работе жабр, глаз и ротового отверстия рыбы. Заявленное устройство может обеспечивать в некоторых реализациях стереотаксическую фиксацию черепа рыбы для свободного доступа к мозгу. Использование изобретения позволяет повысить надежность фиксации объекта исследования и упростить технику прижизненных исследований мозга рыбы.

В некоторых примерах реализации данного технического решения, оно может позволить повысить точность и расширить область исследований за счет проведения опытов как на ненаркотизированных рыбах, так и на накрозированных.

Один общий пример неограничивающий реализации заявленного технического решения может состоять из устройства для фиксации рыбы, которое может быть использовано для проведения высокоточных инвазивных манипуляций в мозге как у анестезированной рыбы, помещенной в водную среду, так и у неанестезированной рыбы. Устройство состоит из ложемента и адаптированного под него штатива. Ложемент состоит из двух симметричных частей вытянутой формы, которые являются сопоставимыми сторонами ложемента. Ложемент предназначен для того, чтобы в него помещать рыбу для экспериментов. Симметричные части ложемента адаптированы для фиксации рыбы между ними. В частности, каждая их симметричных частей имеет углубления как минимум частично по форме тела рыбы или как как минимум частично вытянутой формы, которые расположены внутри ложемента, когда ложемент находится в собранном состоянии. В собранном состоянии фиксация рыбы происходит следующим образом: рыба помещается между каждой из симметричных частей в углубление, предназначенное для тела рыбы, симметричные части прикладываются друг к другу закрывая тело рыбы как минимум частично внутри ложемента. Так как при проведении эксперимента желательно, чтобы голова и тело рыбы были зафиксировано и находились как минимум частично в обездвиженном положении, то внутреннее углубление в каждой из симметричных частей может быть сделано с различной глубиной и шириной в разных точках внутреннего углубления, таким образом адаптируя ложемент под разные формы или размеры рыбы. При этом специалисту в уровне техники понятно, что углубление также может быть более-менее одинаковым вдоль всей симметричной части, в случае если фиксация рыбы происходит непосредственно в области головы рыбы без фиксации жаберной крышки, глаз и рта рыбы. Ложемент и соответственно каждая из симметричных его частей имеет как в собранном, так и в разобранном состоянии первый конец и второй конец. Ложемент выполнен с отверстием для рта рыбы, расположенном в первом конце. Специалисту в области техники понятно, что ложемент также может быть сделан с отверстием для хвоста рыбы, расположенным во втором конце. Соответственно, каждая из симметричных частей имеет отверстие для рта рыбы, расположенном в первом конце, а также имеет отверстие для хвоста рыбы, расположенным во втором конце. Ложемент также имеет два отверстия для глаз и жабр, которые расположены около первого конца в каждой из симметричных частей по бокам от ротового отверстия. Отверстия для жабр выполнены для полного или частичного раскрытия жабр, с целью самостоятельной работы и осуществления дыхания рыбы, так как жабры позволяют извлекать кислород из воды. Отверстия для жабр дают возможность проведения исследований в условиях, приближенных к естественным, так как рыба может самостоятельно дышать. Ложемент также имеет циркуляционные отверстия, которые расположены вдоль ложемента в каждой из симметричных частей. Циркуляционные отверстия адаптированными для доступа воды вдоль тела рыбы, когда она находится внутри ложемента, для обеспечения ее жизнеспособности при проведении высокоточных инвазивных манипуляций, например, в мозге, а также при проведении исследований на других частях рыбы, включая спинной мозг, кровеносную, нервную, пищеварительную системы и так далее. Ложемент также имеет на стыке двух симметричных частей отверстие для головы рыбы, для подсоединения детектирующих и/или инвазивных элементов к рыбе. В роли детектирующих и/или инвазивных элементов могут выступать детектирующие электроды или другие измерительные и вспомогательные элементы. Как упомянуто выше, устройство также содержит штатив. Штатив может состоять из разных частей, и в данном примере реализации заявленного технического устройства, штатив имеет держатель для ложемента, базу и стержни. Ложемент крепится в держателе штатива. Специалисту в области техники понятно, что штативом может являться конструкция, соединяющая верхнюю и нижнюю часть устройства, которая служит для фиксации частей конструкции, необходимых для проведения научных исследований. Штатив может состоять из основания, стержней и держателя ложемента и креплений между основанием, стержнями и держателем ложемента. Специалисту в области техники понятно, что штатив может состоять из разных частей и также называться лабораторным штативом. Установка штатива производится в соответствии с условиями каждой отдельной лаборатории и лабораторной поверхности/стола. В реализации заявленного технического решения использование штатива дает возможность помещать ложемент в воду, для создания оптимальных условий для in vivo исследований мозга взрослой половозрелой особи зебраданио.

В еще одном примере реализации данного технического решения отверстие для детектирующих элементов образуется при соединении двух симметричных частей ложемента, так как каждая из этих частей сделана с выемкой, то есть при соединении двух симметричных частей, две выемки соединяются, образуя отверстие для детектирующих элементов.

В еще одном примере реализации данного технического решения отверстие для детектирующих элементов расположено около первого конца ложемента.

В еще одном примере реализации данного технического решения основание штатива снизу может иметь резиновые ножки для исключения возможности скольжения по поверхности.

В другом примере реализации основание может крепиться к поверхности.

В другом примере реализации заявленного технического решения ложемент может быть изготовлен по форме головы и тела рыбы, без учета формы хвостового плавника.

В другом примере реализации заявленного технического решения штатив может быть адаптирован для перемещения ложемента как минимум в двух направлениях. Перемещение ложемента нужно для удобства проведения исследования, например, для более удобного помещения живой рыбы в ложемент, для быстрого помещения рыбы в воду (например, в воду со льдом для анестезирования рыбы), для созданий условий успешного проведения научного исследования, а также для получения более точных экспериментальных данных.

В другом примере реализации заявленного технического решения ложемент может быть изготовлен различными способами, например, ложемент может полностью или частично быть изготовлен с помощью 3D-печати. Выбор материала для 3D-печати зависит от функциональных и конструктивных характеристик лаборатории, в которой проводится исследование. Примеры материалов для 3D-печати ложемента - это средне-твердые полимерные материалы, такие как термо- или фотопластичные полимеры в виде нитей, гранул или порошка.

В другом примере реализации заявленного технического решения держатель ложемента имеет как минимум частично Z-образную форму. Основное назначение штатива - это фиксация держателя для ложемента. Держатель ложемента в данном примере реализации состоит из двух симметричных сторон, скрепленных болтами и адаптируемых под размер ложемента с закрепленной рыбой. Один из примеров крепления держателя ложемента к горизонтальному стержню штатива, является зажим стержня между сторонами держателя ложемента. Ложемент удерживается в держателе посредством силы трения между внутренними стенками симметричных сторон держателя и внешними стенками симметричных частей ложемента, а также с помощью зажимных винтов, вмонтированных в держателе. При этом специалисту в области техники понятно, что ложемент может также крепиться в держателе посредством применения резинки, скрепляющей ложемент и держатель вместе, или же посредством защелки на держателе, которая закрепляет ложемент в держателе, или же любым другим способом, достаточно прочно фиксирующим ложемент в держателе, чтобы позволить экспериментатору помещать штатив или держатель в аквариум для проведения экспериментов без риска того, что положение ложемента изменится от передвижения держателя или штатива, а также любого другого внешнего фактора, что тем самым может испортить точность экспериментальных данных.

Один из примеров крепления ложемента с рыбой между сторонами ложемента, это фиксация ложемента между сторонами держателя. Один из способов крепления - вставление ложемента с живой рыбой в разъем держателя. При этом специалисту в области техники понятно, что ложемент может быть вставлен в держатель сверху, снизу или сбоку, в зависимости от формы держателя.

В другом примере реализации заявленного технического решения держатель имеет разъем для ложемента, который может быть адаптирован под размер ложемента с закрепленной рыбой. Это может достигаться использованием болтов, винтов, резинки, защелки и прочего.

В одном из примеров реализации заявленного технического решения, держатель ложемента состоит из двух симметричных сторон, которые можно разъединить, раздвинуть или раскрыть (например, бабочкой), то есть, которые выполнены с возможностью их разъема.

Специалисту в области техники понятно, что устройство может быть использовано многократно для проведения множества разных исследований на разных рыбах.

Один из примеров реализации заявленного технического решения указывает на возможность изготовления держателя для ложемента или штатива полностью или частично из пластмасс или металлов, или их комбинации.

В некоторых примерах реализации заявленного технического решения штатив дополнительно может включать стержни штатива, крепления стержней штатива, крепления держателя, при этом крепления выполнены из материала, включая металлы, пластмассы, дерево или их комбинации. К конструкции штатива может относиться вертикальный стержень, перпендикулярно направленный к основанию штатива, который любо прикреплен или приклеен, привинчен или прикручен к основанию стационарно. Так же штатив имеет горизонтальный стержень, который расположен более-менее горизонтально относительно вертикального стержня. Подвижность горизонтального стержня обеспечена межстержневым креплением. Межстержневое крепление представляет собой жесткое крепление к вертикальному стержню посредством зажима, которое может быть осуществлено с помощью болтов, шурупов или винтов. Благодаря своей конструкции штатив позволяет крепить к себе держатели ложементов практически любой формы. Наличие двух или более креплений, соединяющих элементы штатива, позволяет устанавливать нужное положение ложемента в пространстве. Стержни или крепления могут быть выполнены из любого металла, пластмассы, дерева или их комбинаций.

В другом примере реализации заявленного технического решения ложемент может быть помещен в аквариум, стакан или любой соответствующий сосуд с жидкостью, обеспечивающей жизнедеятельность рыбы. Держатель может быть помещен в аквариум полностью или частично, в зависимости от конструкции лаборатории.

В другом примере реализации заявленного технического решения устройство сделано таким образом, чтобы помещать устройство в аквариум, то есть помещать в аквариум штатив с держателем и ложемент.

В другом примере реализации технического решения ложемент сделан с возможностью неподвижной фиксации части головы рыбы, или частичной фиксации и тела рыбы, без учета формы хвостового плавника. Фиксация головы рыбы производится без фиксации глаз и жаберных крышек, и без фиксации рта рыбы.

Один пример реализации заявленного технического решения показывает, что ложемент сделан с возможностью как частично-подвижной, так и неподвижной фиксации в ложементе части тела рыбы, при этом без фиксации жаберных крышек рыбы.

В одном из примеров реализации устройства, оно может быть использовано для фиксации головы у анестезированных половозрелых особей рыбы зебраданио с целью проведения инвазивных электрохимических или электрофизиологических измерений в мозге. Такой подход позволит дальнейшее изучение нейромедиаторных механизмов, лежащих в основе функционирования мозга в норме и при различных патологических состояниях в условиях популярного модельного организма. Понимание вышеуказанных механизмов является необходимым для разработки более эффективных фармакологических стратегий лечения патологий ЦНС. Более того, предлагаемый продукт планируется эффективно использоваться для фармакологических исследований, в том числе и поиска новых лекарственных препаратов.

Термин «анестезированный» в настоящей заявке относится к физиологическому состоянию рыбы, в котором она менее подвижна по сравнению с ее обычным состоянием в реальной среде обитания, например, эффект анестезирования рыбы может быть достигнут с (а) помощью охлаждения температуры тела рыбы до +4-6°С, (б) с помощью применения соответствующих препаратов, или любым другим способом, известным специалисту в данной области техники.

Термин «инвазивные манипуляции» (и любые его склонения) в настоящей заявке может относится как к медицинской, так и к научно-исследовательской процедуре, которая связана с проникновением через естественные внешние барьеры организма.

Термин «ротовое отверстие» в настоящей заявке обозначает такое отверстие в ложементе для рта рыбы. Таким образом термины «ротовое отверстие» и «отверстие для рта рыбы» (и любые их склонения) могут использоваться в настоящей заявке как синонимы и являются взаимозаменяемыми.

Термин «жаберное отверстие» обозначает отверстие в ложементе для жаберных крышек рыбы. Таким образом термины «жаберное отверстие» и «отверстие для жаберной крышки» (и любые их склонения) могут использоваться в настоящей заявке как синонимы и являются взаимозаменяемыми.

Термины «первый», «второй», «третий» и так далее, а также их любые склонения, не имеют номерного значения, не показывают какую-либо взаимосвязь между ними, таким образом, они являются исключительно наименованиями, которые используются исключительно для того, отличить данные термины друг от друга. Например, «первое отверстие» в ложементе, «второе отверстие» и «третье отверстие» не имеет между собой номерной связи, либо какой-либо другой взаимосвязи, и обозначают исключительно то, что термин «первое отверстие» отличен от термина «второе отверстие» и отличен от термина «третье отверстие». Таким образом термин «первое отверстие» включает в себя любое количество отверстий с наименованием «первое отверстие» и по желанию заявитель может обозначить множество с наименованием «первое отверстие» как «первое отверстие один», «первое отверстие два», «первое отверстие три» и так далее. Таким образом термин «второе отверстие» включает в себя любое количество отверстий с наименованием «второе отверстие» и по желанию заявитель может обозначить множество с наименованием «второе отверстие» как «второе отверстие один», «второе отверстие два», «второе отверстие три» и так далее. Таким образом термин «третье отверстие» включает в себя любое количество отверстий с наименованием «третье отверстие» и по желанию заявитель может обозначить множество с наименованием «третье отверстие» как «третье отверстие один», «третье отверстие два», «третье отверстие три» и так далее.

Краткое описание чертежей

В последующем описании и на чертежах одинаковые детали и компоненты описаны одинаковыми ссылочными обозначениями для избегания повторения. Приведенное описание является одним из примеров осуществления заявленной полезной модели, но не ограничивается им.

Заявленное изобретение проиллюстрировано на фиг. 1-8.

На фиг. 1 показана профильная проекция общего вида предлагаемого устройства для фиксации рыбы для проведения высокоточных инвазивных манипуляций с помещенным в аквариум ложементом и частью держателя устройства.

На фиг. 2 показан вид сбоку устройства для фиксации рыбы для проведения высокоточных инвазивных манипуляций.

На фиг. 3 показан фронтальный вид устройства для фиксации рыбы для проведения высокоточных инвазивных манипуляций.

На фиг. 4 показана профильная проекция ложемента в держателе ложемента устройства для фиксации рыбы для проведения высокоточных инвазивных манипуляций.

На фиг. 5 показана профильная проекция симметричной части ложемента и сторона держателя ложемента устройства для фиксации рыбы для проведения высокоточных инвазивных манипуляций.

На фиг. 6 показан вид сверху соединенных симметричный частей ложемента устройства для фиксации рыбы для проведения высокоточных инвазивных манипуляций.

На фиг. 7 показан вид сбоку симметричной части ложемента устройства для фиксации рыбы для проведения высокоточных инвазивных манипуляций.

На фиг. 8 показан фронтальный вид соединенных симметричных частей ложемента устройства для фиксации рыбы для проведения высокоточных инвазивных манипуляций.

Детальное описание изобретения

Предлагаемое устройство (схематически представлено на фиг. 1-8) было испытано как в отношении определения продолжительности жизни помещенной в него рыбки зебраданио, так и в отношении возможности проведения манипуляция для стереотаксического размещения одновременно нескольких инвазивных микроустройств (например, детектирующего, и стимулирующего электродов, а также электрода сравнения).

Профильная проекция общего вида устройства для фиксации рыбы, для проведения высокоточных инвазивных манипуляций изображена на фигуре 1.

На фигуре 2 показан вид сбоку устройства 1. Устройство 1 состоит из штатива 2, держателя 7 и ложемента 8. Штатив 2 может состоять из разных частей, и в одном из примеров реализации заявленного технического устройства 1, изображенного на фигуре 1 и фигуре 2, штатив 2 изготовлен из двух стержней, включающих вертикальный стержень 5 и горизонтальный стержень 4. Вертикальный стержень 5 может быть прикреплен, прикручен, привинчен, приклеен стационарно к платформе 3. Штатив 2 включает так же в себя и горизонтальный стержень 4, подвижность которого по вертикали и горизонтали обеспечена межстержневым сочленением 6. Специалисту в области техники понятно, что штатив 2, стержни (вертикальный стержень 5 и горизонтальный стержень 4), платформа 3, держатель 7 и межстержневое крепление 6 могут быть изготовлены полностью или частично из различных материалов, например, любого из пластика, металла или любой их комбинации.

В качестве материалов, используемых для изготовления частей устройства 1, могут выступать пластмассы, а также полимерные материалы: средне-твердые полимерные материалы, такие как термо- или фотопластичные полимеры. В одном из примеров реализации заявленного технического решения части штатива 2, в зависимости от условий проведения научного исследования, например, при частичном погружении штатива 2 в воду, части штатива 2 находящиеся не в воде могут быть изготовлены также из дерева или любого другого подходящего материала. В другом из примеров реализации заявленного технического решения части штатива 2, в зависимости от условий проведения научного исследования, например, при полном погружении частей штатива 2 в воду, например, платформы 3, вертикального стержня 5 и горизонтального стержня 4, а также межстержневого сочленения 6, части штатива 2 могут быть изготовлены из пластика или металла. Специалисту в области техники понятно, что для изготовления штатива 2 используют: алюминий, сталь или сплав этих металлов, а также могут быть использованы металлы с покрытием из нержавеющей стали и любые другие комбинации металлов.

В одном из примеров реализации заявленного технического решения межстержневое крепление 6 представляет собой жесткое крепление, которое соединяет горизонтальный стержень 4 и вертикальный стрежень 5, а именно к вертикальному стержню 5 посредством любого применимого функционального крепления, например, зажима, с помощью болтов, шурупов или винтов крепится горизонтальный стержень 4. В одном из примеров реализации к отстоящему концу горизонтального стержня 4 крепится состоящий из двух симметричных частей, скрепленных болтами, держатель 7 Z-образной формы. Однако специалист в области техники понимает, что благодаря своей конструкции штатив 2 позволяет крепить к себе держатель 7 практически любой формы, например, формы «L», в форме кривой, прямой и так далее. Наличие как минимум двух и более креплений, соединяющих элементы штатива 2, позволяет устанавливать нужное положение ложемента 8 в пространстве.

На фигуре 3 изображен фронтальный вид устройства 1 для фиксации рыбы. В одном из примеров реализации заявленного изобретения ложемент 8 помещен в нижней части держателя 7. Держатель 7 состоит из двух симметричных сторон 7а и 7б. Функция держателя 7 заключается в фиксации ложемента 8. Один из примеров крепления держателя 7 к горизонтальному стержню 4 штатива 2, является зажим стержня между симметричными сторонами 7а и 7б держателя 7. Ложемент 8 удерживается между нижними стенками держателя 7 посредством силы трения. Специалисту в области техники понятно, что ложемент 8 может также крепиться в держателе 7 посредством применения резинки (не показано на фигурах), скрепляющей ложемент 8 и держатель 7 вместе, или же посредством защелки на держателе 7 (не показано на фигурах), которая закрепляет ложемент 8 в держателе 7 или же любым другим способом.

На фигуре 4 изображена профильная проекция ложемента 8 в держателе 7 устройства 1. В одном из примеров реализации заявленного технического решения ложемент 8 изображен в собранном состоянии, ложемент 8 состоит из двух симметричных частей 8а и 86. На фигуре 4 изображено первое отверстие 11 для рта рыбы. Соответственно, каждая из симметричных частей 8а и 8б ложемента 8 имеет первое отверстие 11 для рта рыбы, расположенном в первом конце 100 обеих симметричных частей 8а и 8б. На фигуре 4 изображен ложемент 8, который имеет в каждой из двух симметричных частей 8а и 8б два жаберных отверстия 9 (также называются отверстия для жабр), которые расположены около первого конца 100 ложемента 8 по бокам от ротового отверстия 11. Специалисту в области техники понятно, что жаберные отверстия 9 выполнены для полного или частичного раскрытия жабр, с целью самостоятельной работы и осуществления дыхания рыбы. На фигуре 4 изображено головное отверстие 10 для головы рыбы, которое расположено около первого конца 100 ложемента 8, над ротовым отверстием 11. Функция головного отверстия 10 для головы рыбы - это предоставление доступа для стереотаксического размещения в мозге рыбы детектирующих устройств/элементов (не показаны на фигурах). В одном из примеров реализации заявленного технического решения отверстие для головы рыбы 10 представляет собой сквозное отверстие, которое переходит в жаберные отверстия 9. В другом из примере реализации технического решения, отверстие для головы рыбы 10 может быть вырезано отдельно от жаберных отверстий 9. Специалисту в области техники понятно, что в роли детектирующих элементов могут выступать карбоновые микроэлектроды диаметром 6 мкм или другие электроды.

На фигуре 5 показана профильная проекция симметричной части ложемента 8б и сторона держателя ложемента 7б. В одном из примеров реализации заявленного технического решения ложемент 8 выполнен из двух симметричных частей 8а и 8б с возможностью их разъема, который крепится в нижней части держателя 7 с помощью углубления 12 внутри держателя 7 ложемента, при этом каждая часть ложемента 8 имеет внутреннюю часть ложемента, которая имеет углубление 12, которая изображена на фигуре 5, данное углубление 12 может соответствовать форме тела взрослой рыбы зебраданио или может быть стандартной вытянутой формы, как показано на фигуре 5.

На фигуре 6 изображен вид сверху соединенных симметричный частей ложемента 8. В одном из примеров реализации заявленного технического решения ложемент 8 содержит циркуляционные отверстия 13, функция которых - доступ воды к телу рыбы и тем самым создание условий проведения научного исследования, приближенных к естественным. Специалисту в области техники понятно, что циркуляционные отверстия 13 могут быль вырезаны любой формы, прямоугольной, квадратной или круглой или любой другой. Количество циркуляционных отверстий 13 зависит от их размера и от размера ложемента 8. В данном примере показано на фигуре 6 семь циркуляционных отверстий 13. Их также может быть от трех и более двадцати, и они могут быть расположены в любой части ложемента 8 - сверху, снизу или по бокам, кроме первого конца 100.

На фигуре 7 изображен вид сбоку одной из симметричной части 8б. В одном из примеров реализации заявленного технического решения ложемент 8 содержит циркуляционные отверстия 13. Циркуляционные отверстия 13 адаптированными для доступа воды вдоль тела рыбы, когда она находится ложементе 8, то есть дают возможность воде проходить сквозь ложемент 8 для обеспечения жизнеспособности рыбы. Специалисту в области техники понятно, что количество циркуляционных отверстий 13 может варьироваться в зависимости от разметов ложемента 8. На фигуре 7 изображено пунктирной линией углубление 12 ложемента 8. Данное углубление 12 имеет около овальную форму примерно схожую с частью формы тела рыбы как показано на фигуре 7. Один из примеров реализации заявленного технического решения на рисунке 7 пунктирной линией изображено прямоугольное углубление 14, которое так же выполнено в прямоугольной форме для хвостовой части рыбы. Специалисту в области техники понятно, что как размеры углубления 12 ложемента 8, так и углубления 14 ложемента 8 могут варьироваться от размера и форм рыбы, причем форма углубления 14 делается такой, которая наиболее простая для изготовления ложемента 8. Например, углубления 12 и 14 могут быть любых вытянутой формы: овальной, эллиптической, прямоугольной или свободной формы.

На фигуре 8 изображен фронтальный вид соединенных симметричных частей 8а и 8б ложемента 8. Как в собранном состоянии, так и в разобранном состоянии симметричные части ложемента имеют первое отверстие 11, при этом на фигуре 8 изображено, что первое отверстие 11 образуется при соединении симметричных частей 8а и 8б ложемента 8, так как в каждой из симметричный частей 8а и 8б имеется выемка в первом конце 100, которая и образует данное первое отверстие 11.

Предлагаемое техническое решение может работать следующим образом.

Перед началом эксперимента рыбу зебраданио анестезируют с помощью понижения температуры тела до приблизительно +4-6°С, к чему зебраданио очень чувствительна, и с помощью микрохирургии удаляют костные ткани черепа над областью мозга, подлежащей имплантации электродами. Затем рыбу в состоянии анестезии быстро помещают в ложемент 8, выполненный из двух симметричных частей 8а и 8б с возможностью их разъема и имеющий углубление 12, по форме соответствующее части тела рыбы. Ложемент 8 с зафиксированной рыбкой помещается в воду со льдом в аквариум 200 (фигура 1). Ложемент 8 имеет отверстие для рта 11 и боковые жаберные отверстия 9 для улучшения циркуляции воды к жабрам рыбы. Ложемент 8 может быть изготовлен по форме головы и тела рыбы, а также без учета формы хвостового плавника, чтобы избежать возможного защемления хвоста при помещении рыбы в устройство. Форма ложемента 8 позволяет нормальное функционирование жабр, глаз и ротового отверстия рыбы для обеспечения ее жизнеспособности во время проведения исследования. После фиксации рыбы в ложементе проводят исследования, включающие высокоточные инвазивные манипуляции для стереотаксического размещения в мозге рыбы инвазивных микроустройств (карбоновых микроэлектродов диаметром 6 мкм или других электродов), использование химических и лекарственных средств и проведение измерений.

Заявленное устройство 1 имеет несомненные преимущества перед известными из уровня техники решениями. Устройство 1 может быть применено при различных инвазивных методах исследования мозга взрослой рыбы зебраданио или других рыб, например, для микродиализа, электрохимических или электрофизиологических измерений, а также для оптоволоконных или иных технологий воздействия на мозг.

Заявляемое устройство 1 является технически простым, надежным для фиксации объекта исследования при проведении процедуры прижизненного исследования, успешного имплантирования в мозг детектирующих устройств - электродов и использования фармацевтических средств.

Резюмируя вышесказанное, притязания по формуле изобретения подтверждаются приведенными примерами реализации заявляемого изобретения, но не ограничиваются ими. Это позволит признать предлагаемое изобретение соответствующей критерию патентоспособности, изобретательский уровень и промышленная применимость во всех частных формах воплощения признаков формулы до даты испрашиваемого приоритета.

Примеры реализации заявляемой устройства 1:

Пример 1

Рыба №1 после трепанации черепа была фиксирована в ложементе 8 устройства 1 и помещена в водяную баню - аквариум 200 со льдом (время помещения 10:30 ч, время извлечения 12:11 ч). Использовали ложемент 8 с отверстиями для рта 11, глаз рыбы и боковыми жаберными отверстиями 9 для улучшения циркуляции воды к жабрам рыбы, головным отверстием 10 и циркуляционными отверстиями 13. Ложемент 8 был изготовлен по форме головы и тела рыбы. В ходе проведения эксперимента в мозг рыбы были имплантированы 3 электрода. Вывод: время жизни рыбы составило 1 час 41 мин.

Пример 2

Рыба №2 после трепанации черепа была фиксирована в ложементе 8 устройства 1 и помещена в водяную баню - аквариум 200 со льдом (время помещения 15:00 ч). Использовали ложемент 8 с отверстиями для рта 11, глаз рыбы и боковыми жаберными отверстиями 9 для улучшения циркуляции воды к жабрам рыбы, головным отверстием 10 и циркуляционными отверстиями 13. Ложемент 8 был изготовлен по форме головы и тела рыбы, но без учета формы хвостового плавника, чтобы избежать возможного защемления хвоста при помещении рыбы в устройство 1. Затем в мозг рыбы были имплантированы 3 электрода. Через 20 мин в водяную баню был внесен раствор GBR12909 (ингибитора транспортера дофамина) после чего была произведена попытка регистрации дофамина. Время извлечения рыбы 15:45 ч. Вывод: время жизни рыбы составило 45 мин.

Пример 3

Рыба №3 после трепанации черепа была фиксирована в ложементе 8 устройства 1 и помещена в водяную баню - аквариум 200 со льдом (время помещения 15:45 ч, время извлечения 16:20 ч). Использовали ложемент 8 с отверстиями для рта 11 и глаз рыбы, жаберными отверстиями 9, головным отверстием 10 и циркуляционными отверстиями 13. Ложемент 8 был изготовлен по форме головы и тела рыбы. В ходе проведения эксперимента в мозг рыбы были имплантированы 3 электрода. Вывод: время жизни рыбы составило 35 мин.

Пример 4

Рыба №4 после трепанации черепа была фиксирована в ложементе 8 устройства 1 и помещена в водяную баню - аквариум 200 со льдом (время помещения 11:20 ч, время извлечения 12:32 ч). Использовали ложемент 8 с отверстиями для рта 11, глаз рыбы и боковыми жаберными отверстиями 9 для улучшения циркуляции воды к жабрам рыбы, головным отверстием 10 и циркуляционными отверстиями 13. Ложемент 8 был изготовлен по форме головы и тела рыбы, но без учета формы хвостового плавника, чтобы избежать возможного защемления хвоста при помещении рыбы в устройство 1. В ходе проведения эксперимента в мозг рыбы были имплантированы 3 электрода. Вывод: время жизни рыбы составило 1 ч 12 мин.

Предлагаемое устройство 1 можно рекомендовать к широкому применению в научных исследованиях, где необходима фиксация туловища и головы рыбы, обеспечивающая прижизненное проведение высокоточных инвазивных манипуляций в мозге или других частях тела рыбы.

Источники информации

1. Patton ЕЕ, Zon LI, Langenau DM. Zebrafish disease models in drug discovery: from preclinical modelling to clinical trials. Nat Rev Drug Discov. 2021; 20(8):611 -628. doi: 10.103 8/s41573-021-00210-8.

2. Lessman CA. The developing zebrafish (Danio rerio): A vertebrate model for high-throughput screening of chemical libraries. Birth Defects Research PartC: Embryo Today: Reviews. 2011; 93(3):268-280. doi:10.1002/bdrc.20212.

3. Howe Л, Clark MD, Torroja CF, et al. The zebrafish reference genome sequence and its relationship to the human genome. Nature. 2013;496(7446):498-503. doi:10.1038/naturel2111.

4. Norton W, Bally-Cuif L. Adult zebrafish as a model organism for behavioural genetics. BMC Neurosci. 2010; 11(1):90. doi: 10.1186/1471-2202-11-90.

5. Tran S, Gerlai R. Recent advances with a novel model organism: Alcohol tolerance and sensitization in zebrafish (Danio rerio). Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 2014; 55:87-93. doi:10.1016/j.pnpbp.2014.02.008.

6. Segner H. Zebrafish (Danio rerio) as a model organism for investigating endocrine disruption. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology. 2009; 149(2): 187-195. doi:10.1016/j.cbpc.2008.10.099.

7. Kishi S, Uchiyama J, Baughman AM, Goto T, Lin MC, Tsai SB. The zebrafish as a vertebrate model of functional aging and very gradual senescence. Experimental Gerontology. 2003; 38(7):777-786. doi:10.1016/S0531-5565(03)00108-6.

8. Kalueff AV, Stewart AM, Gerlai R. Zebrafish as an emerging model for studying complex brain disorders. Trends in Pharmacological Sciences. 2014; 35(2):63-75. doi:10.1016/j.tips.2013.12.002.

9. Piato AL, Capiotti KM, Tamborski AR, et al. Unpredictable chronic stress model in zebrafish (Danio rerio): Behavioral and physiological responses. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 2011; 35(2):561-567. doi:10.1016/j.pnpbp.2010.12.018.

10. MacRae CA, Peterson RT. Zebrafish as tools for drug discovery. Nat Rev Drug Discov. 2015; 14(10):721-731. doi:10.1038/nrd4627.

11. Barbosa A, Maximino C, de Souza Fim Pereira A, et al. Rapid Method for Acute Intracerebroventricular Injection in Adult Zebrafish. In: Kalueff AV, Stewart AM, eds. Zebrafish Protocols for Neurobehavioral Research. Vol 66. Neuromethods. Humana Press; 2012:323-330. doi:10.1007/978-l-61779-597-8_25.

12. Jones LJ, McCutcheon JE, Young AMJ, Norton WHJ. Neurochemical measurements in the zebrafish brain. Front Behav Neurosci. 2015; 9. doi: 10.3 3 89/fhbeh.2015.00246.

13. Shin M, Field TM, Stucky CS, Furgurson MN, Johnson MA. Ex vivo measurement of electrically evoked dopamine release in zebrafish whole brain. ACS Chemical Neuroscience.:31.

14. Field TM, Shin M, Stucky CS, Loomis J, Johnson MA. Electrochemical Measurement of Dopamine Release and Uptake in Zebrafish Following Treatment with Carboplatin. ChemPhysChem. 2018; 19(10):1192-1196. doi:10.1002/cphc.201701357.

15. Авторское свидетельство СССР на изобретение SU 1671209 Al от 23.08.1991 (НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ ПРИ ИРКУТСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ) «Стереотаксическая установка для рыб».

16. Патент на изобретение №CN110711044 А от 21.01.2020 г., (UNIV GUANGZHOU MEDICAL) «Five-axis zebrafish brain stereotaxic instrument based on precision sliding table», наиболее близкий аналог (прототип).

17. Ian P.G. Amarall, Ian A. Johnston «Experimental selection for body size at age modifies early life-history traits and muscle gene expression in adult zebrafish», Scottish Oceans Institute, School of Biology, University of St Andrews, St Andrews, Fife KYI 6 8LB, UK and The Capes Foundation, Ministry of Education of Brazil, Cx. Postal 250, Brasilia, DF 70.040-020, Brazil). Найдено в сети Интернет 02.08.2022 г.

Устройство включает ложемент, состоящий из двух симметричных частей вытянутой формы. Симметричные части адаптированы для фиксации рыбы между ними. Каждая их симметричных частей имеет углубления вытянутой формы внутри ложемента для фиксации рыбы. Ложемент имеет первый конец и второй конец. Ложемент выполнен с первым отверстием для рта, расположенным в первом конце. В каждой из симметричных частей ложемента выполнены вторые отверстия для глаз и жаберных крышек, расположенные около первого конца. Ложемент выполнен с циркуляционными отверстиями, расположенными вдоль ложемента в каждой из симметричных частей. Циркуляционные отверстия адаптированы для доступа воды вдоль рыбы. Ложемент содержит третье отверстие для детектирующих элементов. Устройство имеет штатив, штатив имеет держатель для ложемента. Штатив выполнен с возможностью перемещения ложемента и помещения ложемента в воду. Изобретение обеспечивает проведение исследований на рыбах разных размеров и форм. 15 з.п. ф-лы, 8 ил., 4 пр.

1. Устройство для фиксации рыбы для проведения высокоточных инвазивных манипуляций, содержащее:

ложемент, состоящий из двух симметричных частей вытянутой формы,

симметричные части адаптированы для фиксации рыбы между ними, каждая их симметричных частей имеет углубления вытянутой формы внутри ложемента для фиксации рыбы,

ложемент имеет первый конец и второй конец,

ложемент выполнен с первым отверстием для рта, расположенным в первом конце,

в каждой из симметричных частей ложемента выполнены вторые отверстия для глаз и жаберных крышек, расположенные около первого конца,

ложемент выполнен с циркуляционными отверстиями, расположенными вдоль ложемента в каждой из симметричных частей, циркуляционные отверстия адаптированы для доступа воды вдоль рыбы,

ложемент содержит третье отверстие для детектирующих элементов,

устройство имеет штатив, штатив имеет держатель для ложемента,

штатив выполнен с возможностью перемещения ложемента и помещения ложемента в воду.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что третье отверстие для детектирующих элементов образуется при соединении двух симметричных частей, имеющих выемки в каждой из них.

3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что третье отверстие для детектирующих элементов расположено около первого конца ложемента.

4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что ложемент изготовлен по форме головы и тела рыбы, без учета формы хвостового плавника.

5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что штатив адаптирован для перемещения ложемента как минимум в двух направлениях.

6. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что ложемент может быть изготовлен полностью или частично с помощью 3D-печати.

7. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что держатель ложемента имеет, как минимум частично, Z-образную форму.

8. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что держатель ложемента фиксирует ложемент посредством зажима ложемента между сторонами держателя.

9. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что держатель имеет разъем для ложемента, разъем адаптируемый под размер ложемента с закрепленной рыбой.

10. Устройство по п. 8, характеризующееся тем, что держатель состоит из двух симметричных сторон с возможностью их разъема.

11. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что держатель для ложемента или штатив выполнены полностью или частично из пластмасс или металлов, или их комбинации.

12. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что штатив дополнительно включает стержни штатива, крепления стержней штатива, крепления держателя, при этом крепления выполнены из материала, включая металлы, пластмассы, дерево или их комбинации.

13. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что штатив выполнен с возможностью помещения держателя полностью или частично в воду в аквариуме, и помещения ложемента полностью в воду в аквариуме.

14. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что ложемент выполнен с возможностью неподвижной фиксации части головы рыбы в ложементе без фиксации жаберных крышек.

15. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что ложемент выполнен с возможностью как частично-подвижной, так и неподвижной фиксации в ложементе части тела рыбы, следующей за жаберными крышками в сторону хвоста без фиксации жаберных крышек.

16. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что ложемент выполнен с возможностью фиксации головы рыбы посредством зажима части головы рыбы между симметричными частями ложемента около первого конца ложемента без фиксации жаберных крышек.