​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

  • 20/09/2017

    Ученые ИЯФ СО РАН разрабатывают аппарат для лечения рака

    ​Аппаратная установка новосибирских ученых, в основе которой лежит метод захвата борнейтронной терапии, должна претерпеть еще множество испытаний и доработок, чтобы полноценно лечить людей, однако первые успехи у его создателей уже есть.
    1136
  • 14/12/2018

    Что разрабатывают в новосибирском Академгородке?

    ​В Новосибирске проведены испытания искусственного сердца на основе дискового насоса. И это лишь одна из новостей, которые ежедневно приходят из институтов Сибирского отделения РАН.
    816
  • 26/09/2016

    ИЯФ СО РАН в разы увеличит мощность уникального лазера

    ​Новосибирский институт ядерной физики (ИЯФ) СО РАН планирует в несколько раз увеличить мощность своего лазера на свободных электронах (ЛСЭ), который институт создавал более 10 лет. Об этом сообщил ТАСС заведующий научно-исследовательской лабораторией ИЯФ СО РАН Николай Винокуров.
    1087
  • 29/02/2016

    Микровзрывы в организме помогут победить рак

    Исследователи из Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН работают над созданием ускорительного источника нейтронов для бор-нейтронозахватной терапии — нового метода борьбы со злокачественными опухолями, в том числе и теми, которые на сегодняшний день считаются неизлечимыми.
    3538
  • 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.
    2778
  • 02/09/2016

    Наночастицы: невидимые и влиятельные

    Прибор, сконструированный в Институте химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, помогает обнаружить наночастицы за несколько минут.— Есть работы российских, украинских, английских и американских исследователей, которые показывают, что в городах с высоким содержанием наночастиц отмечается повышенный уровень заболеваемости сердечными, онкологическими и легочными заболеваниями, — подчеркивает старший научный сотрудник ИХКГ СО РАН кандидат химических наук Сергей Николаевич Дубцов.
    2246
  • 18/12/2015

    Разработка сибирских ученых: стволовые клетки против гепатита и диабета

    ​Ученые Сибирского отделения РАН научились направлять стволовые клетки, находящиеся в организме человека, на лечение болезней, в том числе диабета и гепатита С. Специалисты выяснили, что так называемые мультипотентные мезенхимальные стволовые клетки (МСК), находящиеся в спинном мозге, обладают уникальной способностью к миграции в больные участки тела и обеспечивают регенерацию поврежденных тканей.
    4606
  • 26/12/2017

    На очередной совет по реиндустриализации Новосибирской области вынесут проекты трех компаний

     На заседании также впервые планируется рассмотреть итоги реализации флагманского проекта программы — Медтехнопарка. — В настоящее время совместно с областными органами госвласти рассматривается ряд проектов, которые могут войти в число флагманских, — сообщил на заседании совета по развитию промышленности и предпринимательства при правительстве Новосибирской области врио замгубернатора Анатолий Соболев.
    537
  • 29/03/2016

    В ИХКГ СО РАН создали аппарат, который даст характеристику клеткам крови

    ​Ученые Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН создали самый точный в мире аппарат для анализа клеток крови, по результатам которого можно оценить, например, риск преждевременных родов.
    2344
  • 13/01/2016

    Татьяна Толстикова: "В СО РАН есть все предпосылки, чтобы решить проблему импортозамещения лекарств"

    ​Доктор биологических наук, профессор Татьяна Генриховна Толстикова возглавляет лабораторию Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова (НИОХ) СО РАН - уникальную для России структуру.
    2660