Skip to main content

Biocompatible and biodegradable microlasers that can be injected into the human body

Article Category

Article available in the folowing languages:

Nowa era w diagnostyce: wszczepiane mikrolasery

Coraz większe zainteresowanie budzą wszczepiane lasery, które można wykorzystać jako źródło światła na potrzeby obrazowania, diagnostyki i leczenia. Europejscy badacze opracowali nowatorskie niezależne miniaturowe lasery, które można wszczepić w rogówkę, skórę i krew pełną, otwierając tym samym drogę dla długoterminowej diagnostyki i pozyskiwania danych z czujników.

Zdrowie

Lasery mają kilka zalet w stosunku do fluorescencji, w tym emisję o mniejszej długości fal i większej intensywności, odpowiednią dla wielu zastosowań biomedycznych. Lasery wszczepiane w ciało mogą pełnić wiele funkcji, takich jak monitorowanie parametrów fizjologicznych (na przykład poziomu glukozy i temperatury) w czasie rzeczywistym. Ważnym krokiem na drodze ku możliwości wszczepiania laserów w ludzkie ciało jest uzyskanie zgodności biologicznej, czyli uniknięcie reakcji na ciało obce przekraczających dopuszczalne poziomy. Co więcej, w niektórych przypadkach pożądana może być biodegradowalność laserów.

Używanie materiałów biozgodnych do produkcji mikrolaserów

Przy wsparciu programu „Maria Skłodowska-Curie” twórcy projektu InjectableLasers opracowali lasery z biozgodnych i biodegradowalnych materiałów nadających się do wszczepiania do tkanek biologicznych. „Założenie było następujące: utworzenie laserów wielkości kilkudziesięciu mikrometrów, wystarczająco małych, by można je było wstrzyknąć do krwiobiegu, płynów ustrojowych i tkanek bez wywierania dużego wpływu na gospodarza. Po jakimś czasie, w zależności od wykorzystanych materiałów, lasery ulegną całkowitej degradacji i zostaną wchłonięte przez ciało bez żadnych skutków ubocznych”, wyjaśnia jeden z badaczy pracujących nad projektem, Matjaž Humar. Aby zbudować mikrolasery, naukowcy wykorzystali przezroczyste polimery – kwas poli-laktydo-ko-glikolowy (PLGA) oraz kwas poli-laktydowy (PLA) – rutynowo stosowane w medycynie do tworzenia implantów medycznych, szwów i podawania leków. Lasery wyprodukowano w formie mikrosfer o wielkości od 10 µm do 25 µm, zawierających barwnik fluorescencyjny. Wszystkie użyte materiały są zatwierdzone do użytku w ludzkim organizmie lub zasadniczo nietoksyczne. Lasery naładowano zewnętrznym źródłem światła. Innym rozwiązaniem było wykorzystanie bioluminescencji do wypełnienia mikrootworów w sferze po raz pierwszy, w celu utworzenia emisji przypominających laser, bez konieczności korzystania z zewnętrznego źródła światła.

Funkcjonowanie mikrolasera i przyszłe kierunki działań

Badacze przetestowali funkcjonowanie niezależnych mikrolaserów w różnych środowiskach biologicznych, uzyskując obiecujące rezultaty. W trakcie realizacji projektu InjectableLasers działanie miniaturowych laserów we krwi okazało się równie skuteczne co w wodzie, dowodząc, że składniki krwi pełnej nie zakłócają emisji laserowej. Ponadto mikrolasery odznaczały się podobną skutecznością po wstrzyknięciu ich do rogówki lub umieszczeniu w skórze zwierzęcia. Ogólnie rzecz biorąc, partnerzy projektu wykazali, że miniaturowe lasery można wytworzyć z biozgodnych i biodegradowalnych materiałów i że nadają się one do wykorzystania zarówno w stałych tkankach miękkich, jak i we krwi. Humar opowiada: „nasze lasery skonstruowano wyłącznie z biomateriałów i materiałów zatwierdzonych do użytku medycznego, w przeciwieństwie do większości dostępnych laserów biologicznych, które zawierają również materiały, które nie są zgodne biologicznie lub nie podlegają biodegradacji”. Prace przeprowadzone w ramach projektu InjectableLasers otwierają nową drogę dla medycznego wykorzystania biozgodnych miniaturowych laserów w diagnostyce i leczeniu opartych na świetle, a także w badaniach. Obecne prace będą nadal prowadzone w ramach grantu dla początkujących naukowców „Cell-Lasers” przyznanego Humarowi, który wykorzysta biozgodne lasery do badania procesów biofizycznych i biochemicznych zachodzących na poziomie pojedynczych komórek.

Słowa kluczowe

InjectableLasers, biozgodne, biodegradowalne, kwas poli-laktydo-ko-glikolowy (PLGA), kwas poli-laktydowy (PLA), krew, skóra, rogówka

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania