3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Содержание

Восстановление соединений нейронов фемтосекундным лазером

Устранение нейроповреждений сверхкороткими лазерными импульсами

Повреждения нейронов (нейроповреждения) приводят к необратимым изменениям в клетках, органах и функциях организма. Они происходят вследствие:

  • травм,
  • инфекционных и воспалительных процессов,
  • интоксикации,
  • наследственных заболеваний,
  • неспецифических патологий (гипогликемии, анемии, снижения мозгового кровообращения, рассеянного склероза и др.).

Канадские ученые недавно разработали новый универсальный метод восстановления связей между нейронами с применением лазера, излучающего фемтосекундные (предельно короткие) лазерные импульсы. Универсальность метода в том, что его можно применить для любого типа клеток, в том числе и тех, посредством которых передается информация.

Нейроны: как осуществляется межклеточная коммуникация

Передача информации в нервной системе происходит посредством электрического импульса и химического сигнала: этот тип связи осуществляется в синапсе — межфазовой контактной площадке двух нейронов.

Работа и ЦНС (центральной нервной системы), и ПНС (периферической нервной системы) происходит аналогично. Это возможно, благодаря нейронам и синаптической сети — средствам межклеточной коммуникации.

Строение нейрона

Типичный нейрон состоит из тела клетки (сомы), дендритов и аксонов:

  • Дендриты — это короткие и разветвленные отростки нейронов.
  • Аксон — это клеточное расширение, проходящее большие расстояния в теле человека и других биологических видов. Аксон может сделать несколько переходов и по окончанию подсоединиться к нескольким клеткам.

В головном мозге взрослого человека существует около 300 триллионов синапсов.

Передача нейронных связей

Связи между нервными клетками осуществляются такими способами:

  • от аксона одного нейрона к дендритам или сотовому телу другого;
  • от аксона к аксону;
  • от дендритов к дендритам и т. д.

Клеточные мембраны сомы и аксона активируют напряжение в электропроводящих закрытых ионных каналах (Ca, Na, K и хлорид-ионных).

Почему необратимы повреждения нейронов

Нейрон — специфическая клетка, не способная делиться, особенно в зрелом возрасте. Поэтому повреждение нерва из-за травмы может привести к нарушению функций периферической нервной системы.

Паралич после травм спинного и головного мозга, потеря чувствительности связаны с полным блоком проводимости -обрывом связей между эфферентными (двигательными) и афферентными (чувствительными) нейронами.

(Но утверждение о том, что нейрогенез у взрослого человека вообще не происходит, ошибочно. Да, нейрогенез зависит от многих внешних условий, и может угнетаться от вредных воздействий (радиации, химических веществ, стрессы), но появление новых нейронов происходит и у взрослых, особенно в гиппокампе, в височных отделах головного мозга.

Подробнее о регуляции нейрогенеза, о способах воздействия на него — в интересном видео в конце статьи).

Типы повреждения нейронов

  • Валлерова дегенерация:
    • Разрыв нерва, повреждение аксона и его миелиновой оболочки.
    • Через неделю после травмы начинается блокировка проводимости.
    • Восстановление возможно, если сохранена базальная мембрана (в ее функции входят производство миелина (Шванн клеток) и выбор (аппроксимация) нервных окончаний).
    • Результатом такого повреждения может стать мышечная атрофия в зоне иннервации нейрона.
  • Сегментная демиелинизация:
    • Повреждение ограничивается миелиновой оболочкой.
    • При сохранении аксона мышечная дистрофия не наблюдается.
  • Дегенерация аксонов:
    • Повреждается тело нервной клетки, и происходит дистальная гибель аксона.
    • Развитие мышечной атрофии происходит при отсутствии повторной иннервации от соседних нервов.
    • При таком типе повреждения возможно лишь частичное восстановление.

Экспериментальные методы восстановления повреждения нейронов

Последнее десятилетие ученые бьются над новыми методами, позволяющими не допустить блокировку проводимости и смерть аксонов после травмы и сохранить жизнеспособность нейронной сети:

  • Разрывы аксонов устранялись путем помещения поперек разрыва разрешительной матрицы.
  • Проводилась клеточная терапия ноотропными препаратами для стимуляции роста и регенерации поврежденных аксонов.
  • В качестве альтернативных методов при повреждениях миелиновой оболочки применяли ингибиторы роста ассоциативных нейронов и ингибиторы роста рубца.
  • Для предотвращения гибели клеток после травмы использовалась молекулярная защита.

Однако все эти обнадеживающие методы имели лишь частичный успех.

Пока не удается сделать главное:

Избирательно подсоединить конкретный аксон к телу клетки нейрона.

Когда удастся произвести соединение отдельных нейронов, в науке произойдет настоящий переворот и откроются двери для беспрецедентного исследования в области неврологии, физиологии, клеточной биологии и биохимии. Возможно будет лечить тяжелые травмы спинного мозга и периферические поражения нервной системы.

Лазерный метод соединения разрыва нейронов

Цели:

  • Восстановить связи между нейронами сразу после травмы и предотвратить блокировку проводимости.
  • Проверить гипотезу о физической привязанности и восстановлении при приближении нервных окончаний.
Читать еще:  Полиартрит: разновидности, лечение и прогноз

Лазерная технология с применением фемтосекундных импульсов — яркий кандидат для избирательного подсоединения нейронов. Она используется в нанохирургии как метод лечения рака:

  • для ортопорации (открытии переходного канала в клеточной мембране)
  • трансфекции (внедрении нуклеиновых кислот в ядерные клетки).

Удалить или ионизировать можно материал размером менее дифракционного пятна без ущерба для окружающих тканей.

Фемтосекундные лазерные импульсы были также использованы в качестве инструмента для изучения регенерации нейронов путем разделения нейронов и аксонов.

Но физическое соединение отдельных нейронов до сих пор не выполнялось.

Суть эксперимента

В результате испытания под воздействием лазерного излучения с точными параметрами настройки на культивированном в растворе DMEM биоматериале была произведена гемифузия (слияние) двух фосфолипидных мембран клеток нейронов.

Параметры лазерного излучения и биоматериал

Слияние достигнуто с помощью фемтосекундных лазерных импульсов с длиной волны 800нм, с параметрами излучения:

  • интенсивность и разрешающая способность соответственно:
    • 1,7 (± 0,08) x 10 12 Вт / см 2 и ± 0,5 мкм;
  • частота повторения 80Мгц;
  • эффективный размер пятна — 600нм.
  • идеальное время облучения составило один-два 15 мс импульсов (т.е. 1,2×10 6 импульсов).

В качестве биоматериала использовались:

  • P19 клетки тератокарциномы мыши;
  • Neuro2A клетки нейробластомы мыши;
  • телячья, бычья и коровья сыворотка.

На рис. 1 представлены суть эксперимента:

  1. Фемтосекундный лазерный импульс доставляется в целевую точку между аксоном и телом нервной клетки (сомой).
  2. Фосфолипидные бислои нейрона сомы и аксона до воздействия лазера (кругом отмечена область прикрепления фософолипидных слоев).
  3. Лазерный импульс высокой интенсивности вызывает обратимую дестабилизацию обеих фосфолипидных слоев. Под воздействием фемтосекундного лазерного импульса в индуцированной зоне слияния аксон-сома сгенерированные свободные ионы (показаны красным цветом) и свободные электроны (показаны оранжевым) пересекают неполярную центральную область и разрывают связи между жирными кислотами гидрофобных хвостов.
  4. В результате процесса релаксации в целевой точке формируются новые стабильные связи и особая гемифузионная клеточная мембрана — общий фосфолипидный бислой.

Как проводилось лазерное соединение нейронов

  • Выбирались и выделялись клетки для соединения и приводились в контакт с использованием оптического пинцета таким образом, чтобы выступающий аксон одного нейрона коснулся сомы другого нейрона.
  • Клетки оставлялись на какое-то время, чтобы убедиться, что между ними не происходит естественного слияния, после чего они растаскивались оптическим пинцетом.
  • Затем нейроны опять сближали и при помощи фемтосекундных лазерных импульсов облучали область между аксоном и сомой клетки.
  • Для подтверждения соединения один из нейронов перемещался пинцетом внутрь подвески чашки:
    • было обнаружено, что все остальные нейроны следовали за ним, скручивались и поворачивались как одно целое.

Рис. 2 демонстрирует последовательность соединения одного нейрона к нескольким и создание цепочки нейронов с использованием фемтосекундных лазерных импульсов (стрелками обозначена связь аксона и сомы).

  1. Присоединение двух Neuro2A клеток, где аксон клеток (I) прилагается к соме (II).
  2. Второй аксон Neuro2A (I) соединяется с сомой Neuro2A (III).
  3. Демонстрируется неразрывность новых связей при повороте соединенных клеток на 30° относительно прежнего положения.
  4. Определены и выделены две группы четырех P19 клеток.
  5. Аксон нейрона (I) вступил в контакт и был связан с сомой (II) с помощью фемтосекундных лазерных импульсов, и обе группы соединились.
  6. Положение цепочки после того, как ее повернули оптическим пинцетом.

Таким образом были прикреплены несколько групп нейронов.

Заключение

На протяжении всего наблюдения и проведенных манипуляция нервные клетки показали свою жизнеспособность и прочность крепления.

Фемтосекундный лазер-индуцированной способ соединения нейронов потенциально может обеспечить научный прорыв, который откроет новые горизонты в исследованиях влияния соединительных нейронов прямо перед или после травмы. Сохранение жизнеспособности нейронной сети позволит исследователям изучать новые сложные патофизиологические процессы, такие как нейрогенез, валлеровская дегенерация, сегментарная демиелинизации и дегенерация аксонов. Это позволит дальнейшее развитие новых методов лечения нервных травм и болезней.

(По материалам статьи научного журнала Nature. Scientific reports)

Группа исследователей из университета Альберты (University of Alberta), разработали технологию быстрого соединения нейронов друг с другом при помощи сверхкоротких импульсов лазерного света. Данная технологи дает исследователям возможность полного контроля процесса изготовления искусственных нейронных сетей, что открывает огромные перспективы в области нейробиологических исследований и в области медицины для устранения последствий некоторых неврологических заболеваний и травм нервных тканей.

Метод был разработан группой, возглавляемой доктором философии Ниром Кэчинским (Nir Katchinskiy). Процесс начинается с помещения в специальный раствор двух нейронов, клеток нервных тканей. Эти клетки размещаются таким образом, что они касаются друг друга строго в определенном месте. Серия сверхкоротких импульсов фемтосекундного (10^-15 секунды) лазера, сфокусированных на месте контакта нейронов, заставляет их сформировать один общий участок клеточной мембраны.

После множества экспериментов с одними и теми же нервными клетками они оставались жизнеспособными и связанными друг с другом. Однако, в некоторых случаях были замечены незначительные повреждения внешнего защитного слоя клеточной мембраны, но внутренние слои этой мембраны оставались неповрежденными в тех же самых местах.

Читать еще:  Шина Виленского – зачем нужна и как правильно носить

Но самым главным в данном достижении является то, что на создание надежного места контакта двух нейронов при помощи метода лазерной сварки требуется всего 15 миллисекунд времени, в то время, как на образование такого же контакта естественным путем уходит несколько часов времени. «Разработанный нами метод имеет огромное значение для множества исследователей» — рассказывает Нир Кэчинский, — «У них теперь есть инструмент, позволяющий им очень быстро сделать то, что они не были в состоянии делать раньше».

Очень маловероятно, что такой метод лазерной сварки может быть использован в ближайшем будущем для практического восстановления нервных связей. Слишком уж специфические условия требуются для успешного проведения этой процедуры. «Но все это может быть лишь первым шагом на пути к созданию еще одного нового метода лазерной сварки, который уже будет пригоден к практическому применению» — рассказывает Нир Кэчинский.

УЧЕНЫЕ РАЗРАБОТАЛИ ТЕХНОЛОГИЮ ЛАЗЕРНОЙ СВАРКИ НЕЙРОНОВ ДРУГ С ДРУГОМ

Группа исследователей из университета Альберты (University of Alberta), разработали технологию быстрого соединения нейронов друг с другом при помощи сверхкоротких импульсов лазерного света. Данная технологи дает исследователям возможность полного контроля процесса изготовления искусственных нейронных сетей, что открывает огромные перспективы в области нейробиологических исследований и в области медицины для устранения последствий некоторых неврологических заболеваний и травм нервных тканей.

Метод был разработан группой, возглавляемой доктором философии Ниром Кэчинским (Nir Katchinskiy). Процесс начинается с помещения в специальный раствор двух нейронов, клеток нервных тканей. Эти клетки размещаются таким образом, что они касаются друг друга строго в определенном месте. Серия сверхкоротких импульсов фемтосекундного (10^-15 секунды) лазера, сфокусированных на месте контакта нейронов, заставляет их сформировать один общий участок клеточной мембраны.

После множества экспериментов с одними и теми же нервными клетками они оставались жизнеспособными и связанными друг с другом. Однако, в некоторых случаях были замечены незначительные повреждения внешнего защитного слоя клеточной мембраны, но внутренние слои этой мембраны оставались неповрежденными в тех же самых местах.

Но самым главным в данном достижении является то, что на создание надежного места контакта двух нейронов при помощи метода лазерной сварки требуется всего 15 миллисекунд времени, в то время, как на образование такого же контакта естественным путем уходит несколько часов времени. «Разработанный нами метод имеет огромное значение для множества исследователей» — рассказывает Нир Кэчинский, — «У них теперь есть инструмент, позволяющий им очень быстро сделать то, что они не были в состоянии делать раньше».

Очень маловероятно, что такой метод лазерной сварки может быть использован в ближайшем будущем для практического восстановления нервных связей. Слишком уж специфические условия требуются для успешного проведения этой процедуры. «Но все это может быть лишь первым шагом на пути к созданию еще одного нового метода лазерной сварки, который уже будет пригоден к практическому применению» — рассказывает Нир Кэчинский.

Фемтосекундный лазер

Femto-Lasik — эффективный способ, доступный населению в целях выполнения лазерной коррекции зрительного восприятия. Lasik расшифровывается как «лазерный кератомилез». Фемто представляет технологию, в данном случае самый последний тип лазера — высокочастотный, фемтосекундный.

FEMTO-LASIK — манипуляция, состоящая из двух шагов, в которых используется два разных устройства, создающих узкий пучок интенсивного света. На 1 этапе офтальмолог-хирург делает небольшой роговичный лоскут и подготавливает зрительный орган ко второму этапу — коррекции зрительного восприятия. С Фемто-ЛАСИК врачи легко и успешно корректируют зрение пациента, если в рецепте указаны параметры от-12 до +6 диоптрий .

Когда применяют фемтосекундный лазер

Почти все люди с близорукостью (миопией), дальнозоркостью (гиперметропией) или астигматизмом — кандидаты для проведения данной операции.

Процедура одобряется, если:

  • пациенту 18–60 лет;
  • аномалия рефракции между -12 и +6;
  • зрительное восприятие за последний год не изменилось и находится в стабильном состоянии.

Для возрастных проблем с ухудшением зрительного восприятия, иначе известных как возрастная дальнозоркость, процедура не является целесообразным вариантом. Врачи рекомендуют мультифокальные имплантаты.

Лечение следует отложить во время беременности или при грудном вскармливании, пациентам со следующими патологиями:

Безоперационное лечение глаз за 1 месяц.

  • вирусные глазные инфекции;
  • герпес;
  • сахарный диабет;
  • кератоконус и любые патологии, требующие терапии кортизоном.

Устройство лазера

Методика безножевой коррекции зрения получила широкое распространение, несмотря на то, что используется всего несколько лет . Задача фемтосекундного лазера — создать тончайший лоскут роговой оболочки заданной толщины.

  • встроенные средства синхронизации частоты повторения импульсов;
  • оптоволоконный выход или окно (через них передается выходная мощность лазера);
  • оснащено быстро отслеживающей системой положения глаза;
  • генератор (оптоволоконный с диоидной накачкой);
  • усилитель, который включает регулятор дисперсии и/или оптические элементы;
  • модуль растяжения и сжатия;
  • чипированное зеркало, встроенное в регулятор дисперсии или волокно, решетку, призму, и чипированный пропускающий оптический элемент.

Особенности работы фемтосекундного лазера

Лазер работает на предельно высоких скоростях: импульсы 1 квадриллионной доли секунды, или 1 фемтосекунда. Для сравнения — 1 фемтосекунда относится к обычной секунде, как 1 сек к 32 миллионам лет.

Читать еще:  Хрен при болях в спине и пояснице: компрессы и растирания

Луч инфракрасного света фокусируется вглубь прозрачной наружной оболочки глаза на пятно размером в один микрометр (1e-6). Импульс сжигает мало ткани роговой оболочки, а продукты горения образуют пузырек, который раздвигает волокна и позволяет приподнять лоскут для дальнейшего проведения операции.

За ¼ секунды устройство издает более 10 тысяч импульсов, которые складываются в один точно рассчитанный разрез. Поэтому офтальмологические хирурги способны сформировать лоскут роговой оболочки, который полностью рассчитан по длине, толщине и центровке.

При коррекции дальнозоркости, астигматизма или близорукости создаются не разрезы, а лоскуты. Этапы проведения безножевой процедуры:

  1. Формируется роговичный лоскут с помощью фемтосекундного лазера.
  2. Лоскут отодвигается в сторону хирургическими щипчиками.
  3. Обнаженная часть обрабатывается эксимерным лазером.
  4. Обработанная область промывается антисептическими растворами, роговой лоскут укладывается на место.
  5. Операция завершается закапыванием капель. Швы не накладываются.

В накладывании швов нет необходимости, поскольку разрушается незначительная часть ткани. Благодаря этому она быстро заживает.

Преимущества и недостатки фемтолазерной коррекции

К преимуществам процедуры относят:

  • Безопасность . Глаз не соприкасается с лезвием. Отделение роговицы от нижних слоев более точно и безопасно с помощью лазера, чем с помощью микрокератома. После разрезания лоскута так называемые «тканевые мостики» не образуются. Микротравм в тканях роговой оболочки меньше. Система Femto LDV позволяет хирургу увеличить лазерный диапазон глаза, вызывая, таким образом, меньше ореолов (круги вокруг источников света). Шансов получить воспаление практически нет, поэтому после процедуры нужно применять противовоспалительные глазные капли всего 5 суток.
  • Точность . Работа устройства контролируется компьютером. Врач наблюдает за работой лазерного луча с монитора. Параметры лоскутка легко изменяются и адаптируются в соответствии с индивидуальным строением органа зрения. Вакуум обеспечен, с помощью компьютера, управляемой системой. Это позволяет поддерживать устойчивое давление во время процедуры.
  • Лучшая технология . Лазерная техника защищает роговицу и оказывает минимальное влияние на окружающие ее ткани.
  • Обеспечивает уменьшение индуцированного сухого кератоконъюнктивита в результате влияния на снижение чувствительности прозрачной наружной оболочки глаза.
  • Лоскут тоньше . Меньше нарушает роговицу, поэтому она быстрее заживает после операции. Это повышает безопасность и снижает риск эктазии.
  • Скорость . Операция длится несколько минут. Период реабилитации быстрее, чем при других способах коррекции зрения. Пациент видит окружающий мир четко и ясно спустя несколько часов после применения фемтолазерной коррекции.
  • При хирургическом вмешательстве не повышается внутриглазное давление . Благодаря этому снижается повреждающее воздействие на ретину и, следовательно, развивается меньше осложнений.
  • Фемтосекундный лазер подходит для пациентов с очень тонкой роговой оболочкой.
  • Создает для каждого человека индивидуальный угол боковой резки, его положения и длины . Позволяет выполнить оперативное вмешательство пациентам с плоской роговой оболочкой.

Коррекция зрения дает новые возможности. С помощью фемтосекундного лазера есть возможность проводить коррекцию зрительного восприятия пациентам с тонкой роговицей и синдромом сухого глаза, а также с другими аномалиями глаза, которым отказали в проведении лазерной процедуры.

Несмотря на значительный перечень плюсов, процедура имеет несколько недостатков. После хирургического вмешательства у пациента появляется фотофобия. Повышенная чувствительность к источникам света — временный побочный эффект, который лечится при применении послеоперационных капель.

Второй недостаток — образование радужных кругов . Возникают вокруг источников света. Побочный эффект тоже временный, быстро проходит.

Третий — образование неровных краев лоскута и роговичной поверхности . В итоге пациента ожидают дефекты оптики в виде неправильного астигматизма.

Процент осложнений при использовании данной техники коррекции зрительного восприятия — 0,1. Риск появления побочных эффектов ничтожно мал.

Фемтосекундный лазер в инновационных операциях

Если ранее применение рассматриваемого устройства ограничивалось лишь восстановлением зрительного восприятия, то сегодня область применения фемтолазера расширяется.

Технология применяется для лечения катаракты . Ранее фемтосекундный лазер не использовался при данном заболевании. Сейчас врачи выполняют разрезы длиной не более 3 мм на патологическом участке. При этом специалист контролирует глубину проникновения лазерного луча, не повреждает кровеносные сосуды.

В день проведения Фемто-ЛАСИК повторяют все предоперационные измерения. Затем пациенту дают легкое успокоительное. В глаза закапывают местный анестетик. Нет необходимости в полной анестезии.

Медсестры помогут сесть на операционный стол, расположенный в процедурной комнате.

Тщательно продезинфицируют обезболенные глаза и накроют их стерильной повязкой. Ресницы будут отодвинуты в сторону, а глаза снова обезболиваются с помощью местного анестетика. Устанавливается держатель век, из-за чего невозможно моргнуть или закрыть глаза.

После выполнения надрезов и дробления патологических образований до эмульсии хирург вводит хирургический инструмент в прозрачное тело. С его помощью извлекаются белковые образования.

Процедура — от прибытия до выписки – занимает около 2 часов.

Полезное видео

Плохое зрение значительно ухудшает качество жизни, лишает возможности видеть мир таким, каким он есть. Не говоря о прогрессировании патологий и полной слепоте.

МНТК «Микрохирургии глаза» опубликовал статью о безоперационном восстановлении зрения до 90%, это стало возможно благодаря.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector