 | Способ и устройство (Патент РФ) для экстракорпоральной и внутрисосудистой фотомодификации крови модулированным лазерным излучением с особыми параметрами, для терапии (эпигенетической регуляции) некоторых аутоиммунных заболеваний. |
В России лазеры успешно применяются в биологии и медицине уже более 50 лет. Доказано, что низко интенсивное лазерное излучение обладает выраженным терапевтическим действием. В лазеротерапии применяются световые потоки низкой интенсивности, не более 10 мВт/см кв., что сопоставимо с интенсивностью излучения Солнца на поверхности Земли в ясный день. Поэтому такой вид лазерного воздействия называют низкоинтенсивным лазерным излучением (НИЛИ).
Одной из важных характеристик лазерного излучения является его спектральная характеристика или длинна волны.
Фотобиологической активностью обладает свет в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра. В основе механизма воздействия на ткани, маломощных лазеров в видимой и инфракрасной областях лежат процессы, происходящие на клеточном и молекулярном уровнях.
Различают следующие основные способы доставки НИЛИ к пациенту: наружное чрескожное (в том числе на точки акупунктуры), внутривенное лазерное облучение крови (ВЛОК).
Глубина проникновения низкоэнергетического лазерного излучения в биообъект зависит, в первую очередь, от длины электромагнитной волны. Экспериментально было установлено, что при лазерном облучении in vitro клеточного монослоя происходит переизлучение этими клетками электромагнитных волн длиной, равной длине волны первичного излучения, на расстоянии до 5 см.
Установлено, что в излучении, проходящем через вещество, появляются компоненты с частотами, кратными частоте падающего излучения. www.nature.com/articles/s41567-021-01317-w
Чрескожное (транскутанное) лазерное облучение крови
Наряду с внутривенным инвазивным облучением крови в настоящее время широко применяется также метод наружного чрескожного (транскутанного) лазерного облучения крови.
Лазерное излучение в ИК области хорошо проникает через кожный покров на глубину до 50—70 мм и может достичь кровь, протекающую в вене, артерии или микроциркуляторном русле. Проникающая способность красного лазерного излучения намного меньше, однако, при применении лазерного излучения с мощностью более 10 мВт контактным методом по проекции крупной вены создаются условия, позволяющие проводить неинвазивное (без прокола кожи) облучение крови.
Гаспарян Л.В., Брилль Г.Е. Провели исследования по влиянию НИЛИ на миграцию стволовых клеток («Активация миграции стволовых клеток in vitro под воздействием лазерного излучения»). В исследованиях показана высокая миграционная способность стволовых клеток костного мозга в область повреждения. С учетом роли стволовых клеток в процессах репарации и регенерации, авторами была выдвинута гипотеза о возможном повышении функциональной активности стволовых клеток при воздействии НИЛИ. Результаты исследования подтвердили гипотезу о чувствительности стволовых клеток к лазерному излучению. Активация направленной миграцию стволовых клеток по градиенту SDF-1a после лазерного облучения открывает перспективы для более широкого применения лазерного излучения в трансплантологии и гематологии.
НОВЫЕ МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ АППАРАТУРЫ ИК ДИАПАЗОНА ТЕРАГЕРЦЕВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ до 3,5 ТГц
Регистрационное удостоверение РАСЗДРАВНАДЗОРА (№ ФСР 2008/02520) Сертификат соответствия (№ РОСС RU.МЕ01.В06577) Патент РФ (№ 2314844)
Расчет спектрального распределения излучения человеческого тела показывает, что оно находится в интервале длин волн от 3 мкм до 40 мкм с максимумом в районе 9.5 мкм. Принципиально важно, что все процессы энергетического обмена в клетках, часть которого трансформируется в тепловое инфракрасное излучение человеческого тела, происходят в диапазоне энергий, соответствующем именно этому спектральному диапазону ИК излучения. Поэтому использование аппаратуры, которая генерирует ИК излучение с длинами волн 1÷56 мкм, которое играет важнейшую роль в развитии и жизнедеятельности человеческих клеток, представляет значительный интерес для практической медицины в части стимуляции образования де-ново различных клеточных структур и предупреждения аутоиммунной реакции организма.
НОВЫЙ СПОСОБ ТЕРАПИИ ВОЗРАСТНЫХ И АУТОИММУННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
ВВЕДЕНИЕ. Молекулярное рассеяние света является важнейшим методом исследования вещества, и, прежде всего, исследованием его акустических и фото упругих свойств. Интенсивность молекулярного рассеяния света на несколько порядков меньше интенсивности падающего на объект исследования света. Поэтому для этих исследований необходимы чувствительные приемники излучения и достаточно интенсивные источники излучения.
С появлением лазеров-источников мощного монохроматического излучения оптического диапазона длин волн- метод молекулярного (рассеяние света на акустических волнах, возбуждаемых в исследуемых объектах теплом окружающей среды, принято называть Мандельштам-Бриллюэновским рассеянием света) рассеяния света широко применяется в экспериментальной физике [И. Флери, 1973],[J.R. Sandercock, 1975].
Применительно к исследованию жидких сред обычно в спектрах рассеянного света наблюдают центральную (несмещенную компоненту рассеянного света), обусловленную Релеевским рассеянием света на энтропийных (температурных) флуктуациях рассеивающей среды, а также наблюдают симметрично расположенные относительно несмещенной компоненты две смещенные компоненты — стоксовую и антистоксовую (компоненты Мандельштама-Бриллюэна), обусловленные рассеянием света на адиабатических флуктуациях исследуемой среды [И.Л. Фабелинский, 1965]. Для целей исследования объектов биологической природы требуются спектрометры с аппаратной функцией не более нескольких десятков мегагерц. Аппаратная функция оптических спектрометров, применяемых для наблюдения спектров молекулярного рассеяния, в лучшем случае составляет порядка нескольких сотен мегагерц. Поэтому для биологических объектов разрабатываются электронные спектрометры, имеющие ширину аппаратной функции нескольких десятков и даже единиц герц.
Для этого используется техника фотоэлектрического смешения с применением фотоумножителя. Поскольку фотоумножители реагируют на квадрат напряженности электрического поля падающего на него света, фототок содержит частотные компоненты, являющимися линейными комбинациями частот, присутствующих в свете. То есть, каждая частотная компонента светового поля испытывает биения с каждой другой частотной компонентой, и фототок содержит все частоты биений в полосе пропускания фотоумножителя (обычно до нескольких гигагерц).
Форрестор показал [И. Флери., 1973], что в таком устройстве возникает спектр частот Sc(Ω) имеющий следующую связь со спектром E (ω) поля падающего излучения:
Sc(Ω)= ∫ E (ω)х E* (ω- Ω)d ω
Заметим¸ что частотный спектр фототока не зависит от частоты лазера. Следовательно, рассеяние от возбуждений с низкой частотой Ω может наблюдаться с использованием многомодового лазера, так как компоненты внутри каждой моды испытывают биения только сами с собой. Условием применения многомодовых лазеров является соотношение
Ω« с/2L
где с — скорость света, L- длина резонатора лазера. Если световое поле E (ω) описывается Лоренцевой формой линии излучения с шириной γ, то спектр фототока Sc(Ω) описывается кривой Лоренцевой формы с шириной 2 γ.
На анимации приведена схема разработанного нами простейшего электронного спектрометра (Схема 1) для исследования ширины линии Релеевского рассеяния света в жидких средах, и в частности, в жидких средах с биологическими включениями и устройство (Схемы 1 и 2) для внутривенного облучения крови промодулированным лазерным излучением.
Схема работает следующим образом (Схема 1). Излучение из лазера 1 проходит светоделительный куб , попадает в кювету с исследуемой биологической жидкостью и затем поглощается в роге Вуда. Излучение от лазера 2 поворотной призмой направляется в светоделительный куб. Одна часть этого излучения, прошедшая светоделительный куб, поглощается в роге Вуда, а вторая часть (отраженная кубом) поступает в исследуемую биологическую жидкость и затем поглощается в роге Вуда. Результат взаимодействия излучения лазера 1 и лазера 2 на поверхности катода фотоэлектронного умножителя (ФЭУ) может наблюдаться в виде биений на анализаторе спектра. Питание ФЭУ осуществляется стабилизированным высоковольтным блоком. Для настройки и проверки работы ФЭУ использован светодиод, укрепленный вблизи катода ФЭУ. Питание на светодиод подается с генератора импульсов, который включается на время настройки ФЭУ. Выход с ФЭУ подключен к осциллографу. После настройки ФЭУ генератор отключается, после настройки анализатора лазер 2 также отключается, и на фотокатод ФЭУ с помощью объектива L подается только свет лазера 1, рассеянный кюветой с исследуемой жидкостью. Спектр частот биений Sc(Ω), описывающих форму линии Релеевского рассеяния света, наблюдается на анализаторе и записывается на самописце. Таким образом можно исследовать спектры Релеевского рассеяния света в жидких средах, в том числе биологических объектов. Данное устройство целесообразно использовать при комплексных исследованиях биологических объектов с применением спектрометров на поверхностных электромагнитных волнах (ПЭВ) [Захаров Ю.А., Михайлов М.Ю., Чистый И.Л., 2013].
На случай исследования спектров слабопоглощающих жидких сред, например растворов биологических объектов на стенку кюветы с жидкой средой, противоположную объективу L жестко закрепляется микрофонный датчик, который улавливает акустические колебания жидкой среды. Кроме того, устанавливается высокочувствительная антенна связанная через усилитель со сканирующим радиоприемником. В качестве лазера 1 в этом случае применяется перестраиваемый по частоте лазер на красителях. Если частота лазера совпадает с частотой линии поглощения, то в месте нахождения луча в жидкости возникает локальный нагрев. Этот локальный нагрев путем амплитудной модуляции лазерного луча с помощью модулятора, превращается в акустическую волну, которая достигает стенки кюветы и регистрируется микрофоном. Записывая интенсивность звукового сигнала как функцию частоты лазерного излучения мы можем записать спектр поглощения лазерного излучения исследуемой жидкости. Одновременно сканирующий приемник фиксирует ЭМИ радиодиапазона. При этом параметры лазера соотносятся со спектром поглощения (рассеивания, флюоресценции) конкретной биологической жидкости (клеточной культуры, крови, спермы).
Кроме того, данную схему можно применить для исследования гигантского комбинационного рассеяния в тонких пленках, применяя разновидность спектрометра поверхностных электромагнитных волн. В этом случае луч лазера в обход кюветы с жидкостью направляется на бипризму, состоящую из двух усеченных призм, соединенных большими основаниями друг с другом с зазором. Величина зазора d<λ/2 (λ-длина волны лазерного излучения). На большее основание одной усеченной призмы наносится пленка благородного металла (золота). Поверх этой пленки наносится тонкий слой исследуемого вещества.
Падающий под углом полного внутреннего отражения на поверхность призмы луч лазера проникает в зазор и возбуждает в металлической пленке поверхностную электромагнитную волну. Эта волна* взаимодействует с оптическими фононами пленки исследуемого вещества и в виде гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) света выходит в зазор между призмами. Свет комбинационного рассеяния наблюдается через наружную поверхность призмы. С бипризмы свет ГКР фокусируется на щель спектрофотометра.
Примечание: жидкостные среды состоят из воды, при облучении лазером (ИК-лазером) молекулы воды реагируют на свет. Когда они начинают вибрировать, атомы водорода подтягивают атомы кислорода из соседних молекул ближе к себе, а потом отталкивают с новообретенной силой, расширяя пространство между молекулами. www.nature.com/articles/s41586-021-03793-9
В отличие от других методов оптической спектроскопии, метод спектроскопии ГКР дает возможность изучить состояния отдельных групп атомов, находящихся на поверхности биологических макромолекул и надмолекулярных комплексов. Это очень важная информация, поскольку огромное число биохимических процессов в клетке протекает именно на поверхности границ раздела фаз. Для исследований мембранных процессов биологических макромолекул методом ГКР разработаны так называемые электрохимические ячейки, которые позволяют контролировать состояния групп атомов биомолекул, меняющих свои окислительно-восстановительные свойства в процессе функционирования. Имеется также возможность фиксировать электро — фотохимические превращения некоторых биомолекул, адсорбированных на поверхностях электродов или гидрозолей, что позволяет изучить отдельные стадии функционирования таких биологических соединений в стационарных условиях.
(*Фотон может быть интерпретирован как частица или волна. www.advances.sciencemag.org/content/7/34/eabi9268).
Ряд экспериментов доказал, что частица — к примеру, электрон или фотон — может взаимодействовать с собой как волна. А поскольку все объекты фундаментально квантовые по природе, у них у всех есть свойственная им длина волны. Так что в принципе макроскопические объекты тоже должны обладать корпускулярно-волновым дуализмом. Но, что будет, если рассмотреть живую материю?
Ученые продемонстрировали квантовую интерференцию в молекулах грамицидина — природного антибиотика, состоящего из 15 аминокислот.
Это исследование закладывает основу изучения и использования квантовых свойств биологических молекул, энзимов, ДНК (как в нашем Патенте).
Изучая электромагнитное излучение, можно определить свойства органических молекул. Для этого понадобилось намного меньше фотонов, чем в случае обычной спектроскопии.
Спутанные фотоны создаются в процессе прохождения лазерного луча через маленький кристалл. Эти фотоны возбуждают электронные состояния в белке.
https://phys.org/news/2018-12-quantum-entanglement-proteins.html
Если у вас есть спутанные фотоны, они могут взаимодействовать с молекулами белков иначе, чем если бы не были спутаны. Ученые проверили свойства белков при помощи крайне малого числа фотонов.
www.technologyreview.com/2019/11/09/238365/a-natural-biomolecule-has-been-measured-acting-in-a-quantum-wave-for-the-first-time/
Особенностью разработанного нами устройства, схема 2. является возможность применения данного устройства в практической медицине (внутривенное облучение крови) и для исследовательской работы в биологии по перепрограммированию стволовых и соматических клеток с помощью промодулированного лазерного излучения. Для модуляции лазерного излучения используются оптические колебательные и радиоизлучательные процессы облученных клеток доноров здоровых организмов совместимых по KIR — HLA системам за счет пространственного, стохастического, частотно-хирального резонанса и электромагнитного переноса полевых характеристик биообъектов, возможность которого показана Тульской школой биофизики (Яшин. А.А., Субботина Т.И., Пущинской школой (Институт биофизики клетки РАН, Чемерис Н.К). А теоретические основы описаны: «Теория морфогенного поля предполагает, что химическая сигнализация дополняется электромагнитной сигнализацией, управляющей структурой и формой тканей, органов и тела. Теория резонанса ДНК предполагает, что морфогенное поле создается геномной ДНК, которая посылает и принимает электромагнитные сигналы в зависимости от последовательности. Ранее авторы редположили существование HIDERs, геномных элементов, которые служат антеннами в передаче резонансных сигналов, и продемонстрировали, что они возникают неслучайно и сохраняются в процессе эволюции. Здесь предполагается, что в двойной спирали существуют продольные водородные связи, что цепи этих связей образуют делокализованные протонные облака, что формы этих облаков зависят от последовательности и формируют основу специфичности последовательности резонанса между HIDER. На основе продольных водородных связей был разработан резонансный код протонной ДНК, который использовался для идентификации HIDER, которые в 20 раз обогащены в геноме и сохраняются в процессе эволюции. Было высказано предположение, что эти HIDER являются ключевыми элементами, ответственными за передачу сигналов резонанса ДНК и формирование морфогенного поля.» www.dnaresonance.org/wp-content/uploads/2020/08/Rempel-Protocode-PAPER-202007-formatted-.pdf
Информация об оптических колебательных и поглощательных способностях клеток через программируемый широкополосный акусто- оптический анализатор спектральных составляющих поступает в информационный центр компьютера. В этот центр также поступает информация о радиоизлучательных свойствах клеток, облученных лазером.
В информационном центре эти данные сравниваются с базой данных и принимается решение о дозе облучения, амплитуде и спектре модуляции лазерного излучения, направляемого для лечения пациента в виде ВЛОК с особыми модулированными параметрами (донорской клеточной культуры). На схеме 2 показана принципиальная схема терапевтического устройства, но детальное описание охраняется Патентом.
Принцип работы блока 2 может найти отражение в работе объясняющей взаимодействие света (фотонов) и вещества. Ключевой концепцией нового эффекта является то, что он происходит «когерентно». Это значит, что фотон поглощается, чтобы превратить пару атомов в молекулу, затем испускается обратно и так несколько раз. Это значит, что система пара-фотон образует новый тип состояния частицы, называется «парными поляритон-поляритонными“. Это стало возможным системе, где фотоны заключены в одном месте, где им приходится сильно взаимодействовать с атомами».
Гибридные парные поляритоны приобретают некоторые свойства фотонов. Это значит, что их можно измерить оптическими методами. Они также приобретают некоторые свойства Ферми-газа, заключают ученые.
Некоторые из очень сложных свойств газа преобразуются в оптические свойства, которые можно измерить прямым способом, даже без нарушения системы.
www.nature.com/articles/s41586-021-03731-9
Полученное электромагнитное излучение оптического диапазона используется:
- в практической медицине для экстракорпоральной и внутрисосудистой фотомодификации крови с терапевтической целью при лечении различных заболеваний, в биологии для экспериментальных работ по перепрограммированию соматических и стволовых клеток (in vitro).
- в комплексной терапии заболеваний: сахарного диабета 1 и 2 типов, Болезни Паркинсона, рассеянного склероза, некоторых онкологических заболеваний (кроме лейкоза)
- При лечении болезни Паркинсона нами успешно применяется модифицированная методика (С.Б. Першин с соавт., 2011) лазеротерапия промодулированным НИЛИ на вазальную сеть барабанной перепонки. При этом, кварцевый световод вводят интераурикулярно, в наружный слуховой проход на глубину 2,0 см до атравматичного физического контакта с барабанной перепонкой, что свыше 14-и месяцев приводило к положительной динамике на ПЭТ (с F18-флюородопой) — динамическое наблюдение дефицита синтеза и хранения допамина в пределах пресинаптических стриарных терминалей.
Полученное электромагнитное излучение акустического диапазона используется в геронтологии в программах «Управление возрастом»: в экспериментальных работах по изучению влияния промодулированного ЭМИ практически здорового донора пубертатного возраста на состояние гомеостаза взрослого реципиента страдающего хроническими заболеваниями.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
См.: doi.org/10.3389/fphy.2019.00100. www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphy.2019.00100/full
