Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях

λ, нм

Лазер, диаметр пучка 2w

Тип клеток

Тип операции, биологический препарат

337

N2-лазер, 3 нс, 1 импульс

NG108

Прицельная, тест на токсичность; через 1 ч после опти-

ческой инжекции препарата только 39 %, а через 12 ч

только 16 % клеток сохранялись живыми; > 60 % кле-

ток погибало по причине апоптоза

355

Третья гармоника АИГ:Nd (1064 нм);

HuH-7 клетки карциномы пе-

Прицельная, ДНК, pEGFP-N1 (20 мкг/мл); эффектив-

2w = 2

мкм;

одиночный импульс,

чени;

NIH/3T3 фибробласты

ность трансфекции HuH-7: 9,4 % (24 ч), 13 % (48 ч),

0,91–1,10 мкДж/им

и миеломные

клетки

мыши

NiH/3T3: 10,1% (24 ч)

BALB/C; HT1080-6TG клетки

фибросаркомы человека

355

Третья гармоника АИГ:Nd (1064 нм),

Клетки почки крысы в норме

Прицельная, ДНК, эффективность трансфекции

5 нс, 10

Гц;

2w = 0,5 мкм;

доза

38,8 %, скорректированная с учетом удвоения популя-

1 мДж

ции 10,2 %

405

Непрерывный

диодный фиолетовый;

Яйцеклетки китайского хомяч-

Прицельная, ДНК, pEGFP-N3, DsRed-Mito (3 мкг/мл)

2w = 2 мкм; доза 0,3 мВт, 40 мс

ка (ЯКХ) K1

488

Непрерывный

аргоновый; 2w = 0,7;

ЯКХ, клетки сердечной мышцы

Прицельная, ДНК, GFP (8,3 мкг/мл); эффективность

1,0; 4; 5–8 мкм; 1,0–2,0 MВт/см2;

новорожденной крысы

трансфекции 29 ± 10 %

1–2,5

с

оптимальная

доза:

1,0 МДж/см2

532

Вторая гармоника АИГ:Nd (1064 нм),

базофильные лейкозные клетки

Неприцельная, флуорофоры, макромолекулы, пептиды

5 нс; 2w = 0,3–0,4 мкм; одиночный

крысы

(800–40000 Да); эффективность инжекции 30–80 %

импульс 10 мкДж

532

Вторая гармоника АИГ:Nd (1064 нм)

HeLa, SU-DLH-4, NTERA-2,

Прицельная и неприцельная, Сa2+, Zn2+, различные

0,5 нс,

2 кГц; оптимальная

доза

MO-2058, PFSK-1, 184-A1,

красители и макромолекулы, квантовые точки, SiРНК;

60 нДж/мкм2

CEM, NIH/3T3, 293T, HepG2,

поры затягивались примерно через 30 с

первичные

кардиомиоциты

крысы,

эмбриональные

клетки

C166

780

Титан-сапфировый, 100 фс, 83 МГц;

ЯКХ

Оптическая инжекция, одиночные 100-нанометровые

дифракционно-ограниченный пучок;

золотые частицы; перед инжекцией частицы к поверх-

25–70 мВт в фокусе

ности клетки доставлялись с помощью оптического

пинцета

λ, нм

Лазер, диаметр пучка 2w

Тип клеток

Тип операции, биологический препарат

780

Титан-сапфировый,

200

фс, 76 МГц;

Клетки большеберцовой мыш-

Неприцельная, ДНК in vivo;

GFP,

люцефераза,

2w = 1 мкм; 20 мВт при растровом ска-

цы мыши in vivo

β-галактозидаза, эритропоэтин хомяка

(333 мкг/мл

нировании 95 × 95 мкм2

в течение 5 с

в 30 мкл (всего 10 мкг) внутримышечная инъекция)

на глубину ткани в 2 мм

790

Титан-сапфировый,

120

фс,

100 МГц;

ЯКХ

Прицельная, ДНК, DsRed-Mito (1,2 мкг/мл); эффек-

2w = 1,8

мкм; 3

экспозиции 40 мс,

тивность трансфекции > 20 % на расстоянии 100 мкм

70 мВт в центре пучка Бесселя

вдоль оси пучка, пиковая эффективность 47 %

790

Титан-сапфировый,

800

фс,

100 МГц;

ЯКХ

Прицельная, ДНК, DsRed-Mito (3 мкг/мл); эффектив-

2w 5 мкм; 3

экспозиции 80 мс,

ность трансфекции > 25–57 %; облучение через во-

110 мВт в фокусе

локонный световод с фокусирующим выходом в виде

аксикона

792

Титан-сапфировый,

12

фс,

75 МГц;

Стволовые

клетки слюнной

Прицельная, ДНК; pEGFP-N1 (0,4 мкг/мл); эффектив-

5–7 мВт в фокусе

(hSGSC) и

поджелудочной

ность трансфекции: hSGCS — 80 %, hPSC — 75 % и

желез человека (hPSC), ЯКХ

ЯКХ — 90 %

793

Титан-сапфировый

с

регенеративным

ЯКХ

Прицельная, исследование витальности

усилением,

100 фс,

3,8 кГц; 2w =

= 1,6 мкм; 5–9 Дж/см2 (низкая), 14–

23 Дж/см2 (средняя) и 41–55 Дж/см2

(высокая), 10–10000 импульсов

800

Титан-сапфировый,

120

фс, 80 МГц;

ЯКХ-K1

Прицельная, ДНК, pEGFP-N2; эффективность транс-

2

w =

1 мкм; 50–225 мВт, 10–250 мс,

фекции для оптимальной дозы: 50

±

10

%

2

оптимальная доза 1,2 мкДж/см

800

Титан-сапфировый,

100

фс, 82 МГц;

HL60

Прицельная, макромолекулы, pEGFP-C1-HMGB1,

2w = 0,8

мкм;

серия

экспозиций

pEGFP-C1 (50 мкг/мл), пропидиум иодид (1,5 мкM),

< 100 мс

желтый люцифер (100–1000 мкM); эффективность

инжекции 70 %

800

Титан-сапфировый, 210 фс, 90 МГц;

GFSHR-17 клетки гранулезо-

Прицельная, ДНК

экспозиция 40 мс; 0,9 нДж/им

клеточной опухоли / MTH53a

молочной железы собаки

800

Титан-сапфировый,

> 10 фс, 80 МГц;

Мадин-Дарби клетки почки

Прицельная, макромолекулы; 0,2–0,5 M сахарозы (диа-

2w < 1 мкм; экспозиция < 10 мс

собаки

метр молекулы 1,6 нм); эффективность инжекции

72,3 %

Окончание табл. 1.10

λ, нм

Лазер, диаметр пучка 2w

Тип клеток

Тип операции, биологический препарат

800

Титан-сапфировый, 12 фс,

75 МГц;

PC12,

первичные

астроциты

Прицельная, флуорофор, пропидиум иодид (5 мкM)

2w = 2

мкм;

экспозиция

100

мс,

крысы

20 мВт в фокусе

800

Титан-сапфировый, 200 фс, 82 МГц;

BAEC,

Spisulsa

Solidissima

Прицельная, флуорофор

2w = 0,308 мкм

Oocytes

800

Титан-сапфировый, 170 фс, 90 МГц;

ЯКХ, SK-Mel 28, NG108-15,

Прицельная, ДНК, флуорофоры, включая FITC мече-

экспозиция 17 мс; 49–65 мВт

T47D клон 11

ный декстран (500 000 Да, диаметр молекулы 26,6 нм),

eGFP-N1

800

Титан-сапфировый, фс, 80 МГц; 7 мВт

PtK2

Неприцельная, флуорофор, пропидиум иодид (5 мкM)

800

Титан-сапфировый, фс, 80 МГц; экспо-

ЯКХ

Прицельная, ДНК, pEGFP-N1 (0,4 мкг/мл); эффектив-

зиция 16 мс; 50–100 мВт

ность трансфекции 100 %

800

Титан-сапфировый с регенеративным

NIH 3T3

Прицельная, 200 нм полистироловые сферы

усилением, 150

фс, 125

Гц; 2w =

= 1 мкм; 20 импульсов, 10 нДж/им

840

Титан-сапфировый, 100 фс, 80 МГц;

Первичные нейроны крысы

Прицельная, мРНК, флуорофоры; люцифер желтый,

2w — дифракционно-ограниченный;

Elk1-GFP mRNA, Elk1 mRNA, Elk1-ETS mRNA,

8–16 областей на плазматической мем-

c-fos mRNA, DS-RED, Venus флуоресцирующий белок,

бране облучались 1–5 мс, 24 мВт в фо-

pTRI-Xef (все 10–15 мкг/мл)

кусе

1064

АИГ:Nd

с модуляцией добротности,

MCF-7

Прицельная, ДНК, флуорофоры: мероцианин 540

17 нс, 10 Гц; 3–4 Дж/см2

(7,5 мкг/мл), pEGFP-N1 (5 мкг/мл)

1064

АИГ:Nd;

2w = 220 мкм;

150

мДж

Переходно-клеточный рак

Неприцельная, ДНК, pEGFP-N1 (200 мкг/мл); малая

с 1000, 2000, или 2500 импульсами

эффективность (< 2 %) для всех доз

1554

Erbium-glass, 170 фс, 20 МГц; 2w =

HepG2

Прицельная, ДНК, флуорофоры: пропидиум иодид

= 2 мкм; экспозиция 7 с; 1012 Вт/см2

(1,5 мкг/мл), pEGFP-C1 (20 мкг/мл); эффективность

77,3 %; поры затягивались менее чем через 10 с

2080

АИГ:Ho, 10 Гц; 2w = 220 мкм; доза

Переходно-клеточный рак

Неприцельная, ДНК, pEGFP-N1 (200 мкг/мл); тепло-

750 импульсов, 2000 мДж

вой механизм, температура клеток увеличивается до

45–55 ◦C, протокол требует охлаждения при облучении

2080

АИГ:Ho, 10 Гц; доза 200 импульсов,

MatLu клетки аденокарциномы

Неприцельная, ДНК, pEGFP-N1 (300 мкг/мл); эффек-

2000 мДж

простаты крысы

тивность 41,3 %; несфокусированный лазерный пучок

Длина волны,

Область применения

мощность

Примечание

излучения

Лечение ЛОР-патологии в ходе пластических операций (прово-

0,97 мкм, 10–20 Вт

Излучение на длине волны 0,97 мкм хорошо сочета-

димых одновременно на нескольких очагах патологии), включа-

1,56

мкм, 2,5–5 Вт

ет режущие и коагулирующие свойства; излучение на

ющее наряду с хирургическими воздействиями коррекцию фор-

0,97/1,56 мкм,

длине волны 1,56 мкм обеспечивает оптимальное для

мы хряща (носовой перегородки, крыльев носа и ушной рако-

10/2,5 Вт

проведения термопластики хрящевой ткани соотно-

вины) методом лазерной термопластики хрящевой ткани

1,9 мкм, 3Вт

шение поглощения излучения водой и гемоглобином;

двухволновые лазеры (0,97/1,56 мкм) позволяют оп-

тимизировать характер воздействия в зависимости от

этапа операции; излучение на длине волны 1,9 мкм

обеспечивает эффективное рассечение и поверхност-

ное удаление биоткани

Сосудистые патологии

Лечение варикозно расширенных вен методом эндовенозной ла-

0,97

мкм, 30 Вт

Излучение на длине волны 1,56 мкм обеспечивает

зерной облитерации (ЭВЛО)

1,06

мкм, 30 Вт

большую эффективность при ЭВЛО; излучение на

1,56

мкм, 15 Вт

длинах волн 0,97 и 1,06 мкм является более универ-

сальным, поскольку позволяют наряду с ЭВЛО ле-

чить сосудистые звездочки (телеангиэктазия) мето-

дом транскутанного (чрескожного) склерозирования

сосудов

Лечение телеангиоэктазии (сосудистых звездочек), плоских ге-

0,97мкм, 30 Вт

Чрескожное лазерное склерозирование сосудов

мангиом

1,06

мкм, 30 Вт

Лечение комбинированных гемангиом

0,97мкм, 30 Вт

Дерматология

Лечение различных образований кожи (папилломы, кондило-

0,97

мкм, 10 Вт

Излучение на длине волны 0,97 мкм хорошо сочетает

мы, бородавки, невусы, кератозы кожи, гемангиомы, фибромы,

режущие и коагулирующие свойства

липомы, атеромы, контагиозный моллюск, базальноклеточный

рак кожи)

Продолжение табл. 1.12

Длина волны,

Область применения

мощность

Примечание

излучения

Стоматология

Лечение заболеваний пародонта (эпулис, гипертрофический

0,97 мкм, 5–8 Вт

Излучение на длине волны 0,97 мкм хорошо сочета-

гингивит, перикоронит), слизистой оболочки рта и губ (дли-

1,9 мкм, 3 Вт

ет режущие и коагулирующие свойства; излучение на

тельно незаживающая эрозия слизистой языка и щеки, ограни-

длине волны 1,9 мкм обеспечивает эффективное рас-

ченный гипер- и паракератоз, эрозивно-язвенная форма плос-

сечение и поверхностное удаление биотканей

кого лишая, лейкоплакии), доброкачественных новообразова-

ний полости рта и губ (фиброма, киста малых слюнных желез,

ранула, гемангиома, радикулярная киста, кондилома, папилло-

ма), а также отбеливание зубов, стерилизация корневого ка-

нала, коррекция анатомо-топографических особенностей стро-

ения мягких тканей полости рта (мелкое преддверие полости

рта, короткая уздечка языка, короткая уздечка верхней и ниж-

ней губы)

Проктология

Лечение геморроя, анальных трещин, парапроктита, парарек-

0,97 мкм, 20 Вт

Излучение на длине волны 0,97 мкм хорошо сочетает

тальных свищей, кист копчика, эпителиальных копчиковых хо-

режущие и коагулирующие свойства

дов, кондиломатоза и папиломатоза перианальной зоны и пря-

мой кишки

Гинекология

Ампутация и экстирпация шейки матки, клиновидная резекция

0,97 мкм, 6–10 Вт

Излучение на длине волны 0,97 мкм хорошо сочетает

яичников, консервативная миомэктомия, эндометриоз, лечение

режущие и коагулирующие свойства

патологий шейки матки (эрозия, лейкоплакия, эритроплакия,

рубцовые деформации, эрозированный эктропион), а также па-

пиллом, кондилом и полипов наружных половых органов и вла-

галища

Ортопедия и травматология

Лечение первично-хронического остеомиелита при небольших

0,97 мкм, 30 Вт

Использование лазерной остеоперфорации

очагах воспаления, острого гематогенного остеомиелита и хро-

нического остеомиелита, несрастающихся переломов

Лечение заболеваний суставов

0,97 мкм, 20–30 Вт

Лазерная артроскопическая хирургия

Окончание табл. 1.12

Длина волны,

Область применения

мощность

Примечание

излучения

Общая хирургия

Лапароскопическая лазерная хирургия на органах желудоч-

0,97 мкм, 20–30 Вт

но-кишечного тракта (ЖКТ), связанная с резекцией и вскрыти-

1,56 мкм, 10-15 Вт

ем просвета полых органов и формированием различного рода

межорганных анастомозов, остановка кровотечений из острых

язв и эрозий ЖКТ; эндоскопические лазерные вмешательства

на пищеводе, гортани, трахее и бронхах; резекция паренхима-

тозных органов; кожно-пластические операции, требующие пре-

парирования тканей в условиях полного гемостаза и стериль-

ности, забор кожного лоскута, обработка поверхности, подле-

жащей закрытию; лечение гнойных ран путем одномоментного

удаления омертвевшей ткани и стерилизации раневой поверх-

ности; первичная хирургическая обработка ран; вскрытие гной-

ных полостей и выпаривание абсцессов

Нейрохирургия

Лечение остеохондроза шейного и поясничного отделов по-

0,97 мкм, 5 Вт

Отсутствие четких показаний к нейрохирургической

звоночника, осложненного грыжеобразованием (грыжи дисков

1,56 мкм, 2,5–5 Вт

дискэктомии; соматические противопоказания к про-

медианные и парамедианные, протрузии дисков) и развити-

ведению нейрохирургической дискэктомии и общему

ем компрессионно-ишемической радикулопатии; нестабильно-

наркозу

сти позвоночных двигательных сегментов (спондилолистез I–II

степени); стойкого болевого синдрома шейной, поясничной ло-

кализации, резистивного к консервативному лечению в течение

более 3 месяцев

Пункционная денервация тройничного нерва

0,97 мкм, 5 Вт

1,56 мкм, 2,5 Вт

Кардиология

Трансмиокардиальная лазерная реваскуляризация

0,97 мкм, 10–20 Вт

1,56 мкм, 10 Вт