​Ученые Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН (ИХКГ СО РАН) и Новосибирского государственного медицинского университета совместно с коллегами из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) впервые исследовали, как сфокусированное терагерцовое излучение высокой мощности воздействует на мышечную ткань.

В результате такого воздействия происходят специфические повреждения мышечных волокон, которые не похожи на следы от применения медицинского CO2-лазера. Эксперименты проводились на Новосибирском лазере на свободных электронах (ЛСЭ) в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения. Результаты опубликованы в журнале «Известия РАН».

Импульсные лазеры, работающие в коротковолновом – от ультрафиолетового до инфракрасного – диапазоне, используются в различных областях медицины, и прежде всего в хирургии, уже более 30 лет. Механизм воздействия и последствия использования такого излучения для человека изучены достаточно широко. Что касается длинноволнового терагерцового излучения, его влияние на человека и на живые организмы вообще исследовано мало. Используя возможности Новосибирского ЛСЭ, который генерирует излучение с уникальными параметрами (длина волны 100-200 мкм, частота 5,6 МГц, пиковая мощность – до 1 МВт), команда ученых провела первое систематическое исследование воздействия лазерного ТГц-излучения на живые ткани.

срез мышцы электронная микроскопия копия 

Срез мышцы после облучения на ЛСЭ. Электронная микроскопия Автор фото - Александр Козлов

«В качестве объекта исследования мы выбрали мышечную ткань: наряду с нервной, это самая структурированная ткань в организме, которую к тому же достаточно просто получить, - рассказывает врач-рентгенолог первой квалификационной категории Евгений Зеленцов. – Мы использовали скелетные мышцы коровы и крысы: образцы мышц размером 5*5 см3 облучались на установке и затем фиксировались в растворе 70% спирта для дальнейшего изучения при помощи оптического и электронного микроскопа».

По словам Евгения Зеленцова, в ходе исследования фрагментов образцов, расположенных на расстоянии 1-4 см от точки фокуса излучения ученые обнаружили специфические, ни на что не похожие повреждения: излучение режет на фрагменты в норме непрерывные мышечные волокна, и в результате образуются своеобразные складчатости, которые специалисты называют не иначе как «эффектом шифера». Аналогичный эксперимент на классическом CO2-лазере (лазеры такого типа широко применяются в медицине) показал, что периодические повреждения волокон характерны только для образцов, облученных на ЛСЭ, – медицинский лазер такого результата не дает.

срез мышцы после СО2 лазера 1 копия 2 

Срез мышцы после облучения на CO2-лазере, оптическая микроскопия. Волокна скручиваются в спирали. Автор фото - Александр Козлов

«Можно предположить, что периодические разрывы мышечных волокон – следствие того, что излучение нашего лазера импульсное: импульсы мощностью до 1 МВт, как молотки по наковальне, бьют по образцу с частотой 5 млн. 600 тыс. ударов в секунду (5,6 МГц), – рассказывает кандидат химических наук, старший научный сотрудник ИХКГ СО РАН Александр Козлов, – и в результате получается, что лазер шинкует мышцы, как капусту, на мелкие кусочки. В случае с твердыми неорганическими веществами, терагерцовое излучение отражается от поверхности и вглубь материала не проникает, но это работает только если поверхность сухая. Вода, а в случае с биологическими материалами – межклеточная жидкость или, например, кровь, превращает терагерцовые волны в ультразвуковые, у которых глубина распространения гораздо больше. Такое превращение называет оптико-акустическим эффектом».

По словам Александра Козлова, на фрагментах образцов, оказавшихся в фокусе излучения ЛСЭ, наблюдались выраженные термические ожоги, но зона поражения была совсем небольшой, в то время как специфическая «нарезка» мышечных волокон распространялась по «ходу движения» волн, по всей глубине образца.

срез мышцы оптическая микроскопия копия 2 

Срез мышцы после облучения на ЛСЭ, оптическая микроскопия. Видны сдвиги волокон.  Автор фото - Александр Козлов

Новосибирский ЛСЭ – это масштабная установка, построенная на базе специального ускорителя-рекуператора. Лазер терагерцового диапазона – это только первая очередь установки, она была запущена в 2003 году и работает на энергии 12 МэВ и длине волн от 220 до 90 микрон. Второй лазер был запущен в 2009 году. Он использует электронные пучки с энергией 22 МэВ, а его излучение находится уже в инфракрасном диапазоне (длина волн от 80 до 35 микрон), а третий лазер, запущенный в 2015 году, работает на энергии 40 МэВ в диапазоне от 5 до 15 микрон. «Излучение всех трех лазеров выводится в один оптический канал, что дает возможность использовать его на одних и тех же станциях, но наибольшей популярностью в настоящее время пользуется именно терагерцовый лазер, – рассказывает кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ИЯФ СО РАН Олег Шевченко. – У каждого лазера мы можем менять длину волны и мощность излучения, в зависимости от пожелания пользователей. Наши пользователи – это, прежде всего, физики, химики и биологи. На постоянной основе у нас работают научные группы из ИХКГ СО РАН и ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН».

Исследования по определению и достижению требуемых параметров работы Новосибирского ЛСЭ выполнены при поддержке гранта РНФ №14-50-00080.

Источники

ИЯФ СО РАН
ФСМНО (sciencemon.ru), 20/02/2019
Впервые в мире исследовано воздействие мощного терагерцового излучения на мышечные ткани
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН, 20/02/2019
Сибирские ученые первыми в мире исследовали влияние терагерцового излучения на мышцы
Новости@Rambler.ru, 20/02/2019
Сибирские ученые первыми в мире исследовали влияние терагерцового излучения на мышцы
ТАСС, 20/02/2019
Сибирские ученые первыми в мире исследовали влияние терагерцового излучения на мышцы
Novosibirsk.4geo.ru, 21/02/2019
Терагерцы вместо рентгена
Академгородок (academcity.org), 21/02/2019
Сибирские ученые изучили воздействие лазерного излучения на мышцы
Новости@Rambler.ru, 21/02/2019
Пульс дня Новосибирска
Честное слово (chslovo.com), 21/02/2019
Сибирские ученые первыми изучили влияние лазерного излучения на мышцы
Красноярский медицинский портал (krasgmu.net), 22/02/2019
Сибирские ученые изучили воздействие лазерного излучения на мышцы
The world news (theworldnews.net), 21/02/2019
Сибирские ученые изучили воздействие лазерного излучения на мышцы
Российская газета (rg.ru), 21/02/2019
Новосибирские ученые впервые в мире изучили влияние терагерцового излучения на мышечную ткань
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 21/02/2019
Сибирские ученые первыми в мире исследовали влияние терагерцового излучения на мышцы
Cont.ws, 24/02/2019
Новосибирский терагерцевый лазер "нашинковал мышцы как капусту"
HOLME SPACE (holme.ru), 22/02/2019
В Новосибирске изучили, как терагерцевый лазер влияет на живое
Новосибирские новости (nscn.ru), 22/02/2019
В Новосибирске изучили, как мощный терагерцевый лазер влияет на мясо
Московский Комсомолец # Новосибирск (novos.mk.ru), 22/02/2019
ЛАЗЕР-ШИНКОВЩИК
Московский Комсомолец # Новосибирск, 27/02/2019
Сибирские ученые первыми в мире исследовали влияние терагерцового излучения
Позитивная Россия (russiapozitiv.ru), 01/03/2019
Ученые институтов СО РАН и НГМУ впервые в мире исследовали, как мощное терагерцовое излучение воздействует на мышечную ткань
1k.com.ua, 06/03/2019
Ученые институтов СО РАН и НГМУ впервые в мире исследовали, как мощное терагерцовое излучение воздействует на мышечную ткань
Научная Россия (scientificrussia.ru), 06/03/2019

Похожие новости

  • 15/04/2016

    Новосибирские химики очищают водоёмы с помощью растений

    ​Учёные Новосибирского государственного университета занимаются исследованием растений, способных накапливать в своих тканях тяжёлые металлы, чтобы применять их для очистки водоёмов и почв от ядовитых веществ, которые попадают в окружающую среду с отходами промышленных предприятий.
    3684
  • 05/10/2016

    В Новосибирске завершился фестиваль EUREKA!FEST-2016

    ​Шестьдесят научных событий разных форматов в Новосибирском государственном университете, Технопарке, институтах СО РАН и на других площадках города собрали несколько тысяч участников третьего новосибирского фестиваля науки EUREKA!FEST.
    2027
  • 22/09/2016

    В Новосибирске планируют создать клинику для лечения методом БНЗТ

    ​Новосибирский государственный университет в сотрудничестве с российскими и зарубежными научными организациями работает над реализацией масштабного проекта по созданию клиники для лечения глиобластомы мозга и других онкологических заболеваний с помощью метода бор-нейтронозахватной терапии и ускорительного источника нейтронов Института ядерной физики им Г.
    3493
  • 17/10/2016

    Новосибирские учёные исследуют искусственные наночастицы

    ​Группа специалистов из лаборатории радиоуглеродных методов анализа Новосибирского государственного университета и ряда институтов СО РАН провела исследование с помощью ускорительной масс-спектрометрии, результаты которого убедительно показали — искусственные наночастицы, которых в окружающей атмосфере становится всё больше, очень плохо выводятся из организмов млекопитающих.
    2573
  • 15/01/2019

    У пациентов с лимфомой Ходжкина наблюдается снижение плотности костной ткани

    ​В результате обследования 74 человек с диагностированной лимфомой Ходжкина выяснилось, что почти у половины из них наблюдается уменьшение плотности костной ткани. Процесс может быть следствием как самого заболевания, так и приема препаратов во время лечения.
    1626
  • 20/05/2016

    Сибирский биофизик разработал компьютерную программу для оптических исследований межзвёздной пыли и клеток крови

    Биофизик Новосибирского государственного университета Максим Юркин занимается развитием метода дискретных диполей.  На его основе учёный разработал универсальную компьютерную программу ADDA, одним из приложений которой является моделирование светорассеяния биологическими клетками (в частности, клетками крови человека и бактериями).
    2381
  • 04/09/2019

    Цитируемые ученые ТПУ: катализаторы из золота и оболочки для ТВЭЛов

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за летний период. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 75, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 9,405 (Green Chemistry, Q1).
    419
  • 19/09/2019

    НГУ и ИЯФ СО РАН представили на форуме «Технопром» инновационную методику лечения рака

    ​​C 18 сентября в рамках VII Международного форума технологического развития «Технопром» Новосибирский государственный университет и Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера представят стенд, посвященный совместной работе центра бор-нейрозахватной терапии онкологических заболеваний.
    526
  • 29/04/2019

    Команда российских ученых выдвинула гипотезу о существовании жизни на Венере

    Ученые из Института космических исследований РАН, Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН и НГУ выдвинули гипотезу о существовании жизни на Венере. К таким выводам исследователей привела новая обработка панорамных изображений поверхности Венеры, полученных советскими аппаратами «Венера-9», «Венера-10», «Венера-13» и «Венера-14» в 1975—1982 годах.
    902
  • 09/06/2018

    ИЯФ СО РАН предоставит площадку для лечения

    ​Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН готов предоставить на своей территории площадку для лечения методом бор-нейтронозахватной терапии онкобольных, которым не помогают другие методы. Это должно быть временным решением до появления специализированной клиники, проект которой разрабатывается в Новосибирском государственном университете.
    1426