Menschlicher Blutlaser

Laserbeleuchtung des Tumors. Abbildung: Alfred Pasieka / SPL

Wenn das Wort „Laser“ verwendet wird, stellen sich viele Menschen eine Art elektronisches Gerät vor, das dotierte Kristalle, Halbleiter, synthetische Farbstoffe und gereinigte Gase verwendet. Dies ist eigentlich optional. Laser können aus gewöhnlichem biologischem Material hergestellt werden. Grundsätzlich können Arbeitslaser direkt im menschlichen Körper montiert werden .

Was ist eigentlich ein Laser? Ein bestimmtes Design, das die Pumpenenergie in die Energie eines kohärenten, monochromatischen, polarisierten und eng gerichteten Strahlungsflusses umwandelt. Grob gesagt sind drei Dinge erforderlich: 1) eine Energiequelle; 2) aktives Medium (Material zur Signalverstärkung); 3) Resonator (reflektierender Hohlraum).

Der erste Laser aus menschlichen Zellen (genauer gesagt aus einer einzelnen Nierenzelle) wurde 2011 von Wissenschaftlern aus Südkorea und den USA entwickelt. Als Medium zur optischen Signalverstärkung wurde grün fluoreszierendes Protein (ZFB) verwendet. Beim Pumpen durch Nanosekunden-Nanojoule-Impulse erzeugen einzelne Zellen helle gerichtete Laserstrahlung in einem schmalen Band.


Live-Laser aus einer eukaryotischen 293ETN-Zelle mit PBS-Expression (die Zelle wurde einer menschlichen Niere entnommen).Abbildung: Nature Photonics, doi: 10.1038 / nphoton.2011.99

Das aus der Qualle Aequorea victoria isolierte ZBF- Proteinfluoresziert im grünen Bereich, wenn es mit blauem Licht beleuchtet wird. Es ist in der Zell- und Molekularbiologie immer noch weit verbreitet, um die Expression von zellulären Proteinen zu untersuchen. Dies ist ein völlig sicheres Protein, das in das Blut des Patienten injiziert wird. Somit kann es sicher verwendet werden, um Laserstrahlung im menschlichen Körper zu erzeugen.

Kandidat der Physikalischen Wissenschaften Xudun (Sherman) FanAnne Arbor und Kollegen von der University of Michigan setzten die Arbeit ihrer Vorgänger fort. Sie fanden heraus, dass das optische Signal nicht nur das ZFB, sondern auch ein anderer üblicher diagnostischer Farbstoff, Indocyaningrün (ICG), signifikant verbessert, wenn es mit menschlichen Blutzellen gemischt wird, nämlich mit Blutplasma. In diesem Fall bindet das ICG an die Proteine ​​aus dem Plasma und erzeugt zusammen mit diesen einen ausgezeichneten eng gerichteten Strahlungsfluss. "Ohne Blut, nur ICG, funktioniert der Laser überhaupt nicht", sagte Xudun Fan.



Eine Blutmischung mit ICG wird in einen kleinen reflektierenden Zylinder gegeben und mit einem herkömmlichen Laser beleuchtet, wonach das Blut beginnt, helle gerichtete Laserstrahlung zu erzeugen. Es leuchtet viel heller als die übliche Fluoreszenz von Indocyanin, und dies ist wichtig. Tatsache ist, dass sich ICG in den Blutgefäßen ansammelt, so dass Gefäße mit viel Blut - zum Beispiel Tumoren - viel heller leuchten. Somit ist es ein hervorragendes Instrument zur Diagnose von bösartigen oder gutartigen Tumoren.

Zur Diagnose sollte dem Patienten harmloses grünes Indocyanin injiziert werden. Markieren Sie dann den Hautbereich mit einem herkömmlichen Laser (Laserpointer?) - und betrachten Sie diesen Bereich im Infrarotbereich. Gewöhnliche Digitalkameras und Smartphones zeichnen IR übrigens recht gut auf. Wenn Sie das Kameraobjektiv vom Fernseher auf die D / U-Fernbedienung richten, können Sie das Signal von der Fernbedienung sehen.

Infolgedessen wird eine ziemlich genaue Diagnose von Krebstumoren unter Verwendung der im Haushalt üblichen Dinge durchgeführt - eines Laserpointers und eines Smartphones (und ICG).

Um dies zu ermöglichen, ist es immer noch notwendig, Technologie in den Sinn zu bringen und Sicherheitsverfahren zu entwickeln. Wissenschaftler glauben, dass Goldnanopartikel als reflektierender Hohlraum in lebendem Gewebe verwendet werden können. Es sollte jedoch eine Reihe von Experimenten durchgeführt werden, um die genaue Konzentration von Goldnanopartikeln und die erforderliche Laserleistung zu bestimmen. Laseroptische Tomographie-Experimente werden zunächst an Tieren durchgeführt.

"Letztendlich werden wir versuchen, dies im menschlichen Körper zu tun", sagt der Autor der wissenschaftlichen Arbeit. Er versichert, dass die Laserleistung unter den empfohlenen Sicherheitsstandards liegt. "Du willst den Stoff nicht braten."

Die wissenschaftliche Arbeit von Professor Fania veröffentlichte 21. Juli 2016 in der Zeitschrift Optica (übrigens, es auch auf dem Cover durch Zahlen), doi: 10.1364 / OPTICA.3.000809.

Source: https://habr.com/ru/post/de397387/