МИКРУРГИЯ (греч, mikros малый + ergon труд, работа) — совокупность методических приемов и технических средств для операций на очень мелких объектах (бактериях, простейших, яйцеклетках и зародышах, изолированных клетках многоклеточных), а также для операций на внутриклеточных структурах (ядрах, хромосомах, митохондриях). В число приемов М. включаются микроизоляция, микродиссекция (микрорассечение), микроинъекции, микротрансплантация, микроприжигание и др. Микрооперации, к-рые производят под контролем небольших увеличений стереоскопического микроскопа на относительно крупных объектах (яйцеклетки амфибий или иглокожих, зародыши и их органы на разных стадиях развития) без помощимикроманипулятора (см.), принято относить к микрохирургии, а микроманипуляции, производимые с помощью специальных приспособлений и инструментов под средними и большими увеличениями микроскопа,— к собственно микрургии; граница между этими понятиями условна. К микрохирургии стали относить также тонкие офтальмологические и оториноларингологические операции, производимые при помощи операционного микроскопа (см.Микрохирургия).

Различные микрооперации (микроизоляция, меротомия, т. е. разделение тела на части), преимущественно на простейших, производились еще в 19 в. Схаутен (S. Schouten, 1903) и Барбер (М. A. Barber, 1904) разработали технику изоляции и культивирования отдельных бактерий путем засасывания их в микропипетку, управляемую специальным точным приспособлением. Усовершенствование этих приборов привело к созданию различных микроманипуляторов, напр, пневматического микроманипулятора Фонбрюна. Существуют модели микроманипуляторов, снабженные телевизионным устройством, кварцевым монохроматором, осциллоскопом и различными электронными приспособлениями, позволяющими производить весьма сложные микрооперации, напр, трансплантацию ядер, ядрышек, отдельных хромосом, липосом и других внутриклеточных образований из клетки в клетку.

Для выполнения микроманипуляций пользуются специальными микроинструментами (микроскальпелями, микропинцетами, микрошпателями, микроиглами, микропипетками и т. п.). Методом микроинъекций пользуются при изучении влияния различных электролитов, витальных красителей и других веществ, вводимых непосредственно в цитоплазму, при удалении или трансплантации различных структур, напр, имагинальных дисков дрозофилы, клеточных ядер и др. Дозировка давления для подачи нужного количества жидкости через микропипетку достигается в специальных приборах вращением микровинта, нагреванием воздуха и другими способами.

Одним из методов М. является введение тончайших микроэлектродов внутрь клетки или подведение их к ее поверхности. Так регистрируют биоэлектрическую активность клеток, измеряют pH и rH (показатель окислительно-восстановительного потенциала) клеточных структур, производят раздражение клеток, изучая их реакции. Введение в клетку или подведение к ней микроэлектродов обычно проводят под контролем катодного осциллографа (см.Микроэлектродный метод исследования). С. С. Чахотин (1912) разработал метод локального повреждения участка клетки пучком ультрафиолетовых лучей диам. ок. 4 мкм (метод лучевого микроукола). Современные оптические квантовые генераторы (см.Лазер) дают возможность сфокусировать луч на еще меньшей площади, до 1 мкм в диам., причем, поскольку центральная часть луча несет большую энергию, чем его периферия, диаметр участка повреждения может быть сужен до 0,25 мкм [Бернс (М. W. Berns), 1974].

Для лазерной М. созданы установки, в к-рых микроскоп скомпонован с различными лазерами (рубиновым, аргоновым, неодимовым, лазерами на красителях); путем последовательных изменений первичной длины волны лазерного луча можно получить излучение с длиной волны от 260 до 700 нм длительностью 80—200 н/сек. Подбором длины волны света и энергии луча, сенсибилизацией субклеточных структур хромофорами (акридиновым оранжевым, цитохромом С, янусом зеленым, гидрохлоридом хинакрина), воздействием на клетки актиномицином D создаются условия для избирательного повреждения определенных клеточных органоидов. В лучших моделях таких установок изображение клетки переносится на видеомонитор и одновременно записывается на видеомагнитофон. Лучевым микроуколом достигается выключение отдельных бластомеров развивающегося зародыша, инактивация ядра, ядрышка или отдельных хромосом клетки, повреждение участков хромосом, митохондрий, клеточного центра, митотического веретена и т. п. Клеточную оболочку можно также прижечь микротермокаутером, чем пользуются, наир., в биологии развития для обнаружения центров активации и дифференциации яйцеклеток.

Предназначенный для микроманипуляций биол, объект помещают в операционную камеру, где его обездвиживают микропинцетом или специальным микрокомпрессором. Иногда для фиксации объекта в обычной висячей капле достаточно отсосать микропипеткой избыток среды. Часто применяют особые влажные камеры с открывающимися для введения микроинструментов боковыми стенками. Такие камеры заполняют вазелиновым маслом или культуральной жидкостью. При необходимости применяют термостатированные камеры, в к-рых с помощью биметаллического регулятора поддерживается постоянная температура.

В зависимости от целей микрохирургического вмешательства пользуются различными оптическими приборами — от простой препаровальной лупы до фазово-контрастного или темнопольногомикроскопа (см.).

М. применяется для решения многих вопросов эмбриологии, цитологии и генетики. С помощью М. был определен ряд физ.-хим. характеристик клеточных структур, структура и свойства клеточных оболочек, межклеточных соединений, митотических фигур и пр. С помощью М. исследуют митохондрии, реснички, жгутики, хромосомы. Удается пересаживать из клетки в клетку ядра, ядрышки, вирусные включения, изучать продукцию антител одиночными плазмобластами млекопитающих. Методами М. изучают различные процессы микроциркуляции, функцию различных отделов нефрона и т. д.

Особую роль в исследовании функций генома и механизмов регуляции транскрибирования и трансляции генетической информации играют опыты с трансплантацией ядер в энуклеированные яйцеклетки. Так, Гердону (J, В. Gurdon, 1977) удалось добиться развития лягушки из яйцеклетки, ядро к-рой было заменено на ядро клетки кишечника или кожи головастика. Этот опыт показал, что в дифференцированных клетках ядра могут сохранять полный набор генов яйцеклетки и синтезировать вместо одних РНК и белков другие.

Несмотря на то, что с помощью М. было получено много интересных и важных данных, экстраполяция этих данных на живые интактные клетки требует большой осмотрительности и коррективов с учетом меры физиологичности произведенных микроопераций.

Рис. 1. Схематическое изображение микроинструментов: 1—2 — микроиглы (1 — обычная, 2 — с ограниченной глубиной проникновения); 3—5 — микропипетки (3 — для переноса отдельных микроорганизмов, 4 — для внутриклеточных впрыскиваний, 5 — с боковым отверстием); 6—7 — микроскальпели (6 — косо срезанный стерженек из стекла, 7 — платиновый стерженек с осколком от стеклянного шарика); 8 — микрошпатель (разрезанный стеклянный шарик); 9 —микрокрючок; 10 —микропетля; 11 —микрошарик; 12 —микроприсос; увеличение примерно в 2 раза.

Микроинструменты в М. сходны по своим основным элементам с хирургическими инструментами. Для различного рода микроманипуляций используют микропипетки, микроиглы, микроскальпели, микрошпатели, микропетли, микрокрючки, микроэлектроды и ряд других приспособлений (рис. 1). Материалом для их изготовления служит в основном стекло различных марок, т. к. прочность стеклянных изделий малого размера не уступает, а часто и превосходит прочность металлических. Простота и скорость изготовления микроинструментов из стекла делает их незаменимыми в М. Используют следующие сорта стекла: пирекс, кварцевое стекло, стекло фирмы LKB для изготовления рабочих участков нек-рых инструментов, обыкновенное лабораторное трубчатое стекло. Микроиглы изготовляют из стеклянных трубок с внешним диам. 6—7 мм и толщиной стенок 2—3 мм, микропипетки — из тонкостенных трубок с внешним диам. 10—15 мм при толщине стенок 1 — 1,5 мм. Применяют также металлы— цинк, кадмий, олово, висмут, свинец и их сплавы, а иногда и другие вещества, способные плавиться и вытягиваться под действием температуры,— шеллак, асфальт, селен, нек-рые полимеры, углеводы (для растворимых игл) и т. д. В качестве рабочих участков используют чешуйки бабочек и щетинохвосток, панцири диатомовых водорослей и т. д.

Рис. 2. Принципиальная схема основных узлов микрокузницы: 1 — заготовка; 2 — нагреватель; 3 — механизм крепления и подачи заготовки; 4 — поворотная втулка механизма поворота заготовки (стрелками показано направление перемещения); 5 — механизм подачи нагревателя; 6 — система подачи воздуха или инертного газа; 7 — механизм перемещения для вытяжки пипеток; 8 — фотодатчик инфракрасного излучения (нагрева).

Микроинструменты изготавливают при помощи газовой микрогорелки, но в наст, время чаще используют специальные универсальные приборы — микрокузницы. Первый такой прибор разработали и создали Фонбрюн с сотр. (P. Fonbrune, 1932). На тех же принципах в СССР был создан более совершенный прибор (рис. 2). Придание микроинструменту нужной формы осуществляется с помощью микроманипуляций нагревателем и самой заготовкой в поле зрения стереомикроскопа. Нагреватели изготовляют из нихрома или платины. Температура их нагрева — до 1000°. Заготовка может поворачиваться на поворотной втулке в вертикальной плоскости. Микрокузница снабжена системой подачи газа в зону нагрева для увеличения температуры нагрева или для закалки инструмента. Имеется также устройство для вытяжки микропипеток и отрезное устройство.

Тончайшие острия микроигл можно изготовить с помощью микрокаутера, представляющего собой нагреватель с платиновым кончиком, к-рый подводят в нагретом состоянии к концу стеклянной микроиглы так, чтобы они прилипли друг к другу; затем вытягивают нужное острие, идущее в дальнейшем для изготовления микрокрючков, микропетель и т. д.

Рис. 3. Схематическое изображение устройства для микроинъекций под давлением (в разрезе): 1 — микропипетка с раствором для микроинъекции; 2 — держатель микропипетки; 3 — трубка для подачи давления; 4 — поджимающая втулка; 5 — резиновое кольцо (уплотнитель).

Микроиглы различают по длине и толщине кончиков. Микроиглы с притупленными концами являются составной частью микропинцета. Микропипетки с диаметром выходного отверстия больше 25 мкм в сочетании с резиновой трубкой и мундштуком для рта называют мундштучными пипетками; для использования пипеток диаметром меньше 25 мкм требуются специальные приспособления, создающие достаточное давление для перемещения в них жидкости. В микропипетках различных конструкций необходимый перепад давления достигается с помощью стеклянного шприца, ртутного столбика, нагревания воздуха внутри пипетки и т. д. Одно из приспособлений для микроинъекций показано на рис. 3. Микропипетки используют также для приготовления микроэлектродов.

Хранят микроинструменты в специальных ящичках или закрытой стеклянной посуде для предохранения от поломки и загрязнения.

Библиография: Бернс М. В. и др. Лазерное микрооблучение клеток, Квантовая электроника, т. 5, № 10, с. 2252, 1978; Г e р д о н Д. Регуляция функции генов в развитии животных, пер. с англ., с. 150, М., 1977; К о с т ю к П. Г. Микроэлек-тродная техника, Киев, 1960, библиогр.; Методы биологии развития, под ред. Т. А. Детлаф и др., с. 39, 161, М., 1974; Микроманипуляционные методы экспериментальной микробиологии, под ред. Б. А. Фихте, М., 1977, библиогр.; Руководство по цитологии, под ред. А. С. Трошина, т. 1, с. 118, М.— Л., 1965; Ф о н-б р ю н П. Методы микроманипуляции, пер. с франц., М., 1951; В e г n s М. W. Biological microirradiation, N. У., 1974; Goldstein L. Nuclear transplantation in ameba, Meth. Cell Physiol., v. 1, p. 97, 1964; Lin T. P. Egg micromanipulation, в кн.: Meth. in mammalian embryol., ed. by J. C. Daniel, p. 157, San Francisco, 1971.

^

Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е изданиеавтор матрицы судьбы