Как сделать организм прозрачным
Если бы ткани человека были прозрачными, это значительно облегчило бы выявление и лечение различных заболеваний, в первую очередь опухолей. Частичное решение этой проблемы предложили ученые Калифорнийского технологического института, работающие под руководством доктора Changhuei Yang.
Известно, что рассеивание света, обеспечивающее непрозрачность материала, не является случайным процессом и происходит согласно определенным закономерностям. Это означает, что перемещение света через толщу ткани и направление его отражения от отдельных клеток абсолютно предсказуемо. Если несколько раз пропускать луч света через один и тот же комплекс клеток, он каждый раз будет рассеиваться аналогичным образом.
Кроме того, описанный процесс обратим. Если отдельные рассеянные тканью фотоны собрать и отправить в обратном направлении, они пройдут по своим траекториям и вернуться в точку испускания. Авторы решили использовать этот феномен для преодоления непрозрачности тканей человека.
Разработанная в результате эффективная и воспроизводимая методика получила название «подавление непрозрачности путем оптического обращения волнового фронта» (turbidity suppression by optical phase conjugation, TSOPC). При демонстрации метода авторы использовали голографический кристалл для записи модели рассеянного света, проходящего через срез куриной грудки толщиной 0,46 мм. После этого они пропускали трехмерную модель светового потока в обратном направлении и в результате получали идентичный исходному луч света. Этот процесс можно сравнить с попыткой вернуть раскатившиеся по столу бильярдные шары обратно в рамку.
Авторы предлагают использовать свою методику для расширения возможностей фотодинамической терапии, которая в основном применяется для лечения опухолей кожи и слизистых.
В новообразования, находящиеся в толще тканей, можно вводить светоотражающие частицы, покрытые молекулами противоопухолевого препарата. При прохождении луча света через ткань фотоны будут отражаться от светорассеивающих частиц. Часть отраженного света вернется в точку его испускания, где будет зарегистрирована в виде голограммы.
Эта голограмма будет содержать информацию о пути, по которому свет проникал внутрь ткани, и, соответственно, об оптимальном «обратном» пути к светорассеивающим молекулам и противоопухолевым препаратам. Испускание с помощью голограммы обратного трехмерного светового потока высокой интенсивности активирует терапевтические препараты, уничтожающие опухоль.
Кроме того, методика позволит минимизировать размеры различных имплантатов, которые в настоящее время отличаются достаточно большими размерами из-за встроенных источников питания. Современный водитель сердечного ритма, например, по размеру сравним с мобильным телефоном. Авторы считают, что разработанный ими подход обеспечит эффективное проникновение света к миниатюрным имплантатам, которые будут получать энергию от фотогальванических приемников.
Статья Zahid Yaqoob et al. Optical phase conjugation for turbidity suppression in biological samples опубликована в февральском номере Nature Photonics.
Портал «Вечная молодость» www.vechnayamolodost.ru по материалам ScienceDaily
14.02.2008