Ученые оценили влияние терагерцевого излучения на роговицу глаз кроликов
- 15.05.2025
Сегодня активно развиваются технологии, использующие терагерцевое излучение (ТГцИ), например, для создания высокоскоростных систем передачи данных, разработки методов диагностики офтальмологических и онкологических заболеваний. В связи с этим становится все более важным исследовать влияние воздействия ТГц-излучения на живые организмы и устанавливать стандарты безопасности работы с ним. Специалисты из Научно-исследовательского института клинической и экспериментальной лимфологии (НИИКЭЛ-филиал ИЦиГ СО РАН) совместно с коллегами из Новосибирского филиала ФГАУ «НМИЦ «МНТК «Микрохирургия глаза» имени академика С.Н. Федорова» Минздрава России, Новосибирского государственного университета (НГУ), ИЦиГ СО РАН, Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН (НИОХ СО РАН), Института ядерной физики им. Г. И. Будкера (ИЯФ СО РАН) провели ряд экспериментов по изучению влияния различных протоколов облучения терагерцевым излучением глаз кроликов. Исследования проводились на пользовательской станции Новосибирского лазера на свободных электронах (НЛСЭ) ИЯФ СО РАН с частотой 2.3 ТГц и интенсивностью 0.012–0.024 мВт/см2. Генерация излучения с такими параметрами возможна только на этой установке. Все наблюдаемые изменения в роговице глаз лабораторных животных были субклиническими, то есть бессимптомными, и не привели к ее значимым патологическим изменениям. Эти научные изыскания направлены на разработку будущих инструкций и рекомендаций по работе с ТГц-излучением и прошли согласование в комитете по этике. Результаты опубликованы в журнале Biomedical Optics Express.
«Терагерцевое излучение и основанная на нем терагерцевая спектроскопия действительно может войти в клиническую практику, как эффективный метод диагностики онкологических заболеваний, или для возможной диагностики заболеваний органа зрения, – прокомментировала младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий НИИКЭЛ-филиал ИЦиГ СО РАН Екатерина Бутикова. – Несмотря на то, что такой вид диагностики в настоящее время является экспериментальным и находится на стадии разработки, уже сейчас необходимо начинать думать о рекомендациях по безопасности при работе с источниками терагерцевого излучения. В ходе данного исследования мы изучали влияние различных протоколов облучения ТГцИ по времени и интенсивности на роговицу глаз восьми лабораторных животных – кроликов. В работе мы оценивали только изменения переднего отрезка глазного яблока. На основе полученных нами данных преждевременно делать окончательные выводы, но исследование является хорошим заделом для составления таких рекомендаций в будущем».
Младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий НИИКЭЛ-филиал ИЦиГ СО РАН Екатерина Бутикова. Фото Т. Морозовой.
Облучение проводилось на биологической пользовательской станции новосибирского лазера на свободных электронах ИЯФ СО РАН – уникальном источнике терагерцевого излучения. Использовалось облучение длительностью 15 и 30 минут с различными интенсивностями.
«По средней мощности НЛСЭ на много порядков превышает любые существующие в мире источники, что позволяет проводить абсолютно уникальные эксперименты в очень широкой области длин волн с различными биологическими объектами, – пояснил старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Василий Попик. – Если мы воздействуем ТГцИ на живые системы, то можем довольно сильно влиять на работу их клеток, на процессы, проходящие внутри них. Такие эксперименты представляют интерес с той точки зрения, что ни у одного живого организма не сформировано никаких защитных механизмов от интенсивного ТГц-излучения, так как оно полностью поглощается атмосферой, а значит, воздействуя им на биологические объекты, можно исследовать, каким образом они приспособляются, какие механизмы защиты включают. Для подобных биологических экспериментов на НЛСЭ была создана специальная пользовательская станция, на которой реализована технология регулировки средней и пиковой мощности излучения, а также интенсивности воздействия. Для чистоты экспериментов станция была оборудована обтюратором и тепловизором – эти устройства поддерживают и контролируют нужную температуру. Благодаря этому мы понимаем, что получаем реакцию системы именно на воздействие облучения, а не на повышение или понижение температуры».
Диагностические исследования кроликов проводились в нулевой день, то есть в день облучения, на следующий день, через неделю и через месяц специалистами МНТК «Микрохирургия глаза».
«Специалисты-офтальмологи проводили диагностические исследования глаз кроликов методами оптической компьютерной томографии и эндотелиальной микроскопии, – добавила врач-офтальмолог Новосибирского филиала МНТК «Микрохирургия глаза» младший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий НИИКЭЛ Кристина Краснер. – Наше исследование подтверждает факт дозозависимого эффекта терагерцевого излучения при высоких частотах его применения на структуры переднего отрезка глаза, в частности, на эндотелиальный слой роговицы, который является уникальным “насосом” для поддержания оптимальной гидратации и гомеостаза роговицы».
По словам Екатерины Бутиковой, облучение роговицы ТГцИ привело к снижению плотности эндотелиальных клеток. Выявленные изменения носили обратимый характер и не привели к патологическим изменениям роговицы.
«К сожалению, мы не можем проверить остроту зрения у животных – это очень сложно, так как они получают информацию о мире при помощи и других органов чувств. Поэтому не всегда со стопроцентной уверенностью можно сказать, за счет чего животное в данный момент больше ориентируется в пространстве: за счет зрения или обоняния? В день облучения мы также брали анализ крови у животных, который показал, что в организме идет системный воспалительный процесс, хотя, скорее всего, это просто реакция организма на стрессовое воздействие, так как, напомню, что у живых организмов нет никаких механизмов защиты от ТГЦи. Основной результат, представленный в нашей статье, заключается в том, что мы показали, что терагерцевое излучение с параметрами 2.3 ТГц и интенсивностью 0.012–0.024 мВт/см2 в течение 30 минут является условно безопасным для структур глаза кролика. Однако выявленные изменения роговицы требуют дальнейшего изучения для определения безопасных пределов воздействия», – подчеркнула она.
Коллаборация ученых очень тщательно подошла к подготовке и постановке эксперимента, максимально тщательно выполнив каждый этап. Это было необходимо, чтобы отсечь любые внешние факторы, влияющие на живые организмы (смена привычного температурного режима, стресс от перевозок и др.). Перед экспериментом лабораторные животные проходили 14-тидневный карантин в виварии НИОХ СО РАН. Также до начала экспериментов ветеринары, участвующие в работе, полностью обследовали животных, чтобы исключить возможные глазные заболевания, например, катаракту. Ветеринарные врачи следили за их состоянием на каждом этапе облучения и после.
«В процессе подготовки и проведения эксперимента требовалось генерировать много ноу-хау и лайфхаков, связанных, как с сугубо практическими моментами, например, с доставкой кроликов в зимний период в ИЯФ на облучение, а также организацией их офтальмологического обследования – добавил заведующий лабораторией ядерной и инновационной медицины физического факультета НГУ доцент Владимир Каныгин. – Например, часть диагностических исследований проводилась на оборудовании, которое нам предоставила ветеринарная сеть “Интерра” и ее руководитель Е.В. Дробот, что сильно упростило нашу логистику. И в целом это очень масштабный по количеству участников эксперимент, который задумывался НГУ, и который был совершенно неосуществим без ИЯФ, а именно без уникальной установки ЛСЭ и данной пользовательской станции. Задачу, которую мы перед собой ставили – посмотреть, как терагерцевое излучение влияет на ткани здорового организма крупного модельного животного, мы выполнили. И именно кролики, как объект исследования, хороши тем, что получаемые на них данные наиболее экстраполируемы на человека».
Эксперименты на лабораторных животных широко используются во всем мире для получения фундаментальных знаний, а также для выявления первопричин различных заболеваний у людей и животных, для изучения вариантов их лечения. Все подобные эксперименты проводятся согласно этическим стандартам обращения с лабораторными животными и перед началом проходят согласование в этическом комитете. Биоэтическая комиссия ИЦиГ СО РАН одобрила проведение экспериментальной работы с животными по теме: «Клинические изменения роговицы кролика после воздействия ТГц-излучения». Выписка из протокола №160 от 05.12.2023 г.