XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Хирургия (cheirourgia) происходит от двух греческих корней: cheir – рука и ourgia – дело, работа. Таким образом, «хирургия» в дословном переводе является рукодействием, ремеслом, в котором главным органом осязания врача служит рука, а точнее пальцы рук. Термин «нанохирургия» означает переход хирургии на совершенно иной уровень, где нужны манипуляторы молекулярных размеров, которыми управляет человек, используя лазерные лучи, фокусируемые с помощью микроскопа, что обеспечивает контролируемое действие на клеточном уровне для манипулирования органеллами и другими органами.

Развитие нанохирургии началось с создания устройств зондовой микроскопии, которые являлись своеобразными руками и глазами врача и постепенно возникло новое направление медицинская нанотехнология, которая считается перспективной областью в медицине. Благодаря развитию нанотехнологий стали возможными и реальными работы не только в микрометровых, но и в нанометровых масштабах, то есть в размером диапазоне характерном для живых организмов, включащем основные биологические структуры от клеток и их составляющих до атомов и молекул.

Одним из ключевых направлений современной науки и техники является разработка и развитие новых технологий и интерактивных устройств, обеспечивающих технологический прогресс, который не только улучшает и совершенствует классическую медицину, но и дополняет ее современными методами быстрой и своевременной помощи людям. К числу таких перспективных областей новой медицины относится новая хирургия – нанохирургия, способная оказать дополнительную помощь хирургам во время операций и существенно облегчить их работу благодаря применению новых технологий.

В настоящее время широкое распространение получило физическое явление, известное как фемтосекундное лазерное излучение, активно и эффективно применяемое во многих областях медицины, которое также стало важным инструментом в нанохирургии. Фемтосекундное лазерное излучение применяется в стоматологии и офтальмологии, биомедицинских клеточных технологиях и эмбриологии, а также в микрохирургии.

Широкое применение фемтосекундного лазерного излучения в медицине стало возможным сравнительно недавно благодаря развитию и внедрению новых нанотехнологий.

Чтобы получить фемтосекундный лазер необходимо было сократить время действия лазера и увеличить его мощность, что стало возможным в 80–90-х годах прошлого века в связи с использованием твердотельных активных элементов типа титана в сапфире и хрома в форстерите. Особенность лазеров на основе этих сред заключается в том, что ширина спектра в режиме синхронизации мод дает импульсы короче 10 фемтосекунд. Сам импульс, содержит всего несколько оптических колебаний, при этом свет проходит в вакууме всего 3 микрометра.

Краткосрочные воздействия нужны чтобы снизить влияние лазера на клетку, если вначале при проведении внутриклеточных операций речь шла о минутах, секундах, микросекундах, пикосекундах, то сейчас используются фемтосекундные импульсы, которые помогают изучать сверхбыстрые процессы, происходящие в клетке и выполнять сложные хирургические операции. Фемтосекундный лазер позволяет внести изменения в отдельные органы и ткани, а также тонко изменить хромосомы, митохондрии и другие органеллы.

Также, с помощью фемтосекундных импульсов в офтальмологиилечатся дальнозоркость и близорукость, астигматизм и кератопластика, катаракта и другие проблемы, требующие «ювелирного» вмешательства и минимизации травматизма. Использование метода фемтосекундного лазерного излучения в стоматологии и клеточных технологиях дает обнадеживающие результаты при проведении микроопераций на клеточном уровне, сохраняя целостность клеток и их функциональность.

Одним из важных достижений в нанохирургии стало использование «сварочного аппарата» для сплавливания плоти, дающего возможность решить проблемы утечки крови, возникающие во время операции при зашивании разрезанных артерий, обеспечивая идеальное «заваривание» артерий.

Лазер можно использовать не только для разрезания и прокалывания, но и как «пинцет» способный захватить биологический объект и перемещать или удерживать его в поле зрения, что позволяет, например, захватить различные части клетки: ядро, ядрышко, везикулы и элементы цитоскелета. Методы лазерной нанохирургии нашли применение в эмбриологии при проведении тончайших процедур редактирования эмбрионов, а также для создания клонов и чистой линии животных.

Разработана технология «нано-нож», способна уничтожать раковые клетки и опухоли, не нанося ущерба окружающим кллеткам. Можно ожидать революционных изменений в медицине ближайшего будущего, благодаря развитию нанохирургии и нанотехнологий.

Список источников

1. Ильина, И. В. Применение фемтосекундных лазерных импульсов в биомедицинских клеточных технологиях / И. В. Ильина, А. В. Овчинников, Д. С. Ситников, М. М. Ракитянский, М. Б. Агранат, Ю. В. Храмова, М. Л. Семенова // Теплофизика высоких температур. – 2013. – Т.51, №2. – С. 198-204.

Саркисов, О. М. Новые направления в фемтохимии и фемтобиологии // Химическая физика. – 2012. – том 31, № 8. – С. 4−17