Лазерные технологии нашли широкое применение в современной медицине. Так, лазерные системы используются для механической деструкции или термического некроза клеток и тканей, подлежащих удалению при хирургических вмешательствах [1]. Эти методы имеют ряд преимуществ. Например, использование регулируемого концентрированного направленного потока световой энергии позволяет избирательно и бесконтактно воздействовать на биологические ткани и удалять патологические участки с высокой точностью [2]. Процедура выполняется под постоянным визуальным контролем, при этом окружающие ткани остаются интактными.
Все большую популярность в последние годы обретает метод восстановления поврежденных биологических тканей с помощью технологий лазерной сварки и пайки (ЛП), при которых «припой» наносится между тканями, а затем облучается лазером, способствуя его затвердеванию и образованию связей с тканью [1,2]. По сравнению с традиционными методами, такими как использование шовного материала, скоб и фибринового клея, ЛП за счет специфического воздействия на ткань имеет ряд преимуществ. Во-первых, воздействие лазера позволяет изолировать зону сварки, обеспечивая герметичность раны и мелких сосудов, а также способствует снижению риска и длительности кровотечения и предотвращению сдавления тканей и краевого некроза, благодаря чему ткани заживают без образования грубого рубца. Бесконтактность метода минимизирует риск инфицирования раны. При этом по сравнению с другими бесконтактными методами (ультразвук и электросварка) использование волоконной оптики позволяет проводить эндоскопические и лапароскопические операции.
Одним из первых лазеров, используемых в хирургии, был лазер на иттрий-алюминиевом гранате с примесью неодима (Nd:YAG) с длиной волны 1064 нм. Поскольку эта длина волны соответствует пику поглощения меланина и гемоглобина, воздействие лазера оказывает кровоостанавливающее действие на мягкие ткани. Поскольку излучение лазера данного типа плохо поглощается водой, допустимая глубина проникновения в ткани достигает 5 мм. Основным преимуществом использования Nd:YAG-лазера является способность проникать глубоко в целевые ткани, однако высокая плотность энергии может вызвать термическое повреждение окружающих тканей, что ограничивает использование лазера Nd:YAG в микрохирургии [2]. В данном случае предпочтение отдается углекислотному (CO2) лазеру с длиной волны 10600 нм – эта длина волны соответствует пику поглощения воды. Поскольку вода – основной компонент биологических тканей, большая часть лазерной энергии поглощается внешними слоями ткани [2]. Сегодня для сварки и пайки биологических тканей чаще всего используются диодные лазеры с различной длиной волны. Полупроводниковые лазеры с длиной волны 810 нм имеют ряд преимуществ за счет малых размеров, низкого энергопотребления и низкой стоимости комплектующих по сравнению с другими типами лазеров. Диодный лазер может быть интегрирован в оптоволоконную линию, что позволяет использовать его в эндоскопической хирургии [2].
Технология лазерной реконструкции мягких тканей с использованием лазерной системы с длиной волны 808 нм и нанокомпозитным припоем, снабженная обратной связью для непрерывного контроля температуры, была представлена в 2022 году учеными из Института биомедицинских систем Национального исследовательского университета «МИЭТ» и Института бионических технологий и инжиниринга Первого МГМУ им. И.М. Сеченова. В 2023 году исследователи из Сеченовского университета в рамках национального проекта «Наука и университеты» представили усовершенствованную систему ЛП, которая позволяет поддерживать температуру шва с точностью до 1°С и, таким образом, минимизировать риск ожога тканей и формирование грубого рубца, а также значимо сократить восстановительный период. Работа над новым методов ведется с 2013 года, и уже проведена его апробация на лабораторных животных.
Во время хирургического вмешательства на область раны наносят специальный материал, припой, содержащий белковые компоненты и наночастицы. После воздействия лазера на месте разреза образуется практически незаметный шов, при этом окружающие ткани остаются неповрежденными. Для полного восстановления кожи требуется около 10 дней. В отличие от подходов, основанных на применении стандартного шовного материала, данный метод ЛП практически не оставляет рубцов. Методу уже апробирован на лабораторных животных. Новый лазерный комплекс может применяться в пластической и классической хирургии, для восстановления дефектов мягких тканей, хрящей, связок и сухожилий, для стерилизации поверхности тканей и герметизации ран и даже реконструкции органов сердечно-сосудистой системы.
Материал подготовлен в рамках проекта «Медицина в точке бифуркации». Проект поддержан грантом Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий»
Список литературы
- Ashbell I. et al. Laser tissue soldering of the gastrointestinal tract: A systematic review LTS of the gastrointestinal tract // Heliyon. 2023. 9(5), e16018. DOI:10.1016/j.heliyon.2023.e16018
- Gerasimenko A.Y. et al. Reconstruction of Soft Biological Tissues Using Laser Soldering Technology with Temperature Control and Biopolymer Nanocomposites // Bioengineering (Basel, Switzerland). 2022. 9(6), 238. DOI:10.3390/bioengineering9060238