Nell'ultimo mezzo secolo, i laser sono stati utilizzati in oftalmologia, oncologia, chirurgia plastica e in molte altre aree della medicina e della ricerca biomedica.
La possibilità di usare la luce per curare le malattie è nota da migliaia di anni. Gli antichi greci e gli egizi usavano la radiazione solare nella terapia e le due idee erano persino collegate nella mitologia: il dio greco Apollo era il dio del sole e della guarigione.
Fu solo dopo l'invenzione della sorgente di radiazione coerente più di 50 anni fa che il potenziale dell'uso della luce in medicina fu davvero rivelato.
A causa delle loro speciali proprietà, i laser sono molto più efficienti della radiazione solare o di altre sorgenti. Ogni generatore quantistico opera in un intervallo di lunghezze d'onda molto ristretto ed emette luce coerente. Inoltre, i laser in medicina ti consentono di creare poteri elevati. Il raggio di energia può essere concentrato in un punto molto piccolo, grazie al quale si ottiene la sua alta densità. Queste proprietà hanno portato al fatto che oggi i laser sono utilizzati in molte aree della diagnostica medica, della terapia e della chirurgia.
Trattamento pelle e occhi
L'uso dei laser in medicina è iniziato con l'oftalmologia e la dermatologia. quantisticoIl generatore è stato aperto nel 1960. E un anno dopo, Leon Goldman dimostrò come il laser rosso rubino potesse essere utilizzato in medicina per rimuovere la displasia capillare, un tipo di voglia e il melanoma.
Questa applicazione si basa sulla capacità di sorgenti di radiazioni coerenti di operare a una determinata lunghezza d'onda. Le sorgenti di radiazioni coerenti sono ora ampiamente utilizzate per rimuovere tumori, tatuaggi, capelli e nei.
I laser di diverso tipo e lunghezza d'onda vengono utilizzati in dermatologia, a causa dei diversi tipi di lesioni in cura e della principale sostanza assorbente al loro interno. La lunghezza d'onda dipende anche dal tipo di pelle del paziente.
Oggi non si può praticare dermatologia o oftalmologia senza avere i laser, in quanto sono diventati i principali strumenti per la cura dei pazienti. L'uso di generatori quantistici per la correzione della vista e un'ampia gamma di applicazioni oftalmiche è cresciuto dopo che Charles Campbell è diventato il primo medico a utilizzare un laser rosso in medicina nel 1961 per curare un paziente con un distacco di retina.
Più tardi, a questo scopo, gli oftalmologi iniziarono a utilizzare sorgenti di argon di radiazione coerente nella parte verde dello spettro. Qui, le proprietà dell'occhio stesso, in particolare la sua lente, sono state utilizzate per focalizzare il raggio nell'area del distacco della retina. La potenza altamente concentrata del dispositivo la salda letteralmente.
I pazienti con alcune forme di degenerazione maculare possono trarre beneficio dalla chirurgia laser: fotocoagulazione laser e terapia fotodinamica. Nella prima procedura, il raggio di coerentele radiazioni vengono utilizzate per sigillare i vasi sanguigni e rallentarne la crescita patologica sotto la macula.
Studi simili sono stati condotti negli anni '40 con la luce solare, ma i medici avevano bisogno delle proprietà uniche dei generatori quantistici per completarli con successo. L'uso successivo del laser ad argon è stato quello di fermare l'emorragia interna. L'assorbimento selettivo della luce verde da parte dell'emoglobina, un pigmento nei globuli rossi, è stato utilizzato per bloccare i vasi sanguigni sanguinanti. Per curare il cancro, distruggono i vasi sanguigni che entrano nel tumore e gli forniscono nutrienti.
Questo non può essere ottenuto usando la luce solare. La medicina è molto conservatrice, come dovrebbe essere, ma le fonti di radiazioni coerenti hanno ottenuto l'accettazione in vari campi. I laser in medicina hanno sostituito molti strumenti tradizionali.
Anche l'oftalmologia e la dermatologia hanno beneficiato delle sorgenti di eccimeri di radiazioni UV coerenti. Sono diventati ampiamente utilizzati per il rimodellamento corneale (LASIK) per la correzione della vista. I laser in medicina estetica sono usati per rimuovere macchie e rughe.
Chirurgia estetica redditizia
Tali sviluppi tecnologici sono inevitabilmente apprezzati dagli investitori commerciali, poiché hanno un enorme potenziale di profitto. La società analitica Medtech Insight nel 2011 ha stimato la dimensione del mercato delle apparecchiature di bellezza laser a oltre 1 miliardo di dollari USA. Anzi, nonostantein calo della domanda complessiva di sistemi medici durante la recessione globale, gli interventi di chirurgia estetica basati su generatori quantistici continuano a godere di una forte domanda negli Stati Uniti, il mercato dominante per i sistemi laser.
Visualizzazione e diagnostica
I laser in medicina svolgono un ruolo importante nella diagnosi precoce del cancro e di molte altre malattie. Ad esempio, a Tel Aviv, un gruppo di scienziati si interessò alla spettroscopia IR utilizzando sorgenti infrarosse di radiazione coerente. La ragione di ciò è che il cancro e il tessuto sano possono avere una diversa permeabilità agli infrarossi. Una delle applicazioni promettenti di questo metodo è il rilevamento dei melanomi. Nel cancro della pelle, la diagnosi precoce è molto importante per la sopravvivenza del paziente. Attualmente, il rilevamento del melanoma viene eseguito a occhio, quindi resta da fare affidamento sull'abilità del medico.
In Israele, ogni persona può sottoporsi a uno screening gratuito del melanoma una volta all'anno. Alcuni anni fa, sono stati condotti studi in uno dei maggiori centri medici, a seguito dei quali è stato possibile osservare chiaramente la differenza nella gamma dell'infrarosso tra segni potenziali, ma non pericolosi, e melanoma reale.
Katzir, l'organizzatore della prima conferenza SPIE sull'ottica biomedica nel 1984, e il suo gruppo a Tel Aviv hanno anche sviluppato fibre ottiche trasparenti alle lunghezze d'onda dell'infrarosso, consentendo di estendere il metodo alla diagnostica interna. Inoltre, può essere un' alternativa rapida e indolore allo striscio cervicaleginecologia.
Il laser a semiconduttore blu in medicina ha trovato applicazione nella diagnostica della fluorescenza.
Anche i sistemi basati su generatori quantistici stanno iniziando a sostituire i raggi X, che sono stati tradizionalmente utilizzati in mammografia. I raggi X presentano ai medici un difficile dilemma: hanno bisogno di un'elevata intensità per rilevare in modo affidabile i tumori, ma l'aumento delle radiazioni stesso aumenta il rischio di cancro. In alternativa, è allo studio la possibilità di utilizzare impulsi laser molto veloci per visualizzare il torace e altre parti del corpo, come il cervello.
OCT per occhi e altro
I laser in biologia e medicina sono stati utilizzati nella tomografia a coerenza ottica (OCT), che ha suscitato un'ondata di entusiasmo. Questa tecnica di imaging utilizza le proprietà di un generatore quantistico e può fornire immagini molto chiare (dell'ordine del micron), trasversali e tridimensionali del tessuto biologico in tempo reale. L'OCT è già utilizzato in oftalmologia e può, ad esempio, consentire a un oftalmologo di vedere una sezione trasversale della cornea per diagnosticare malattie della retina e glaucoma. Oggi la tecnica inizia ad essere utilizzata anche in altre aree della medicina.
Uno dei più grandi campi che emergono dall'OCT è l'imaging in fibra ottica delle arterie. La tomografia a coerenza ottica può essere utilizzata per valutare una placca instabile rotta.
Microscopia di organismi viventi
Anche i laser nella scienza, nella tecnologia e nella medicina giocanoun ruolo chiave in molti tipi di microscopia. Sono stati fatti numerosi sviluppi in quest'area, il cui scopo è visualizzare ciò che sta accadendo all'interno del corpo del paziente senza l'uso di un bisturi.
La parte più difficile della rimozione del cancro è la necessità di utilizzare costantemente un microscopio in modo che il chirurgo possa assicurarsi che tutto sia fatto correttamente. La capacità di eseguire microscopia dal vivo e in tempo reale è un progresso significativo.
Una nuova applicazione dei laser in ingegneria e medicina è la scansione a campo vicino della microscopia ottica, che può produrre immagini con una risoluzione molto superiore a quella dei microscopi standard. Questo metodo si basa su fibre ottiche con intagli alle estremità, le cui dimensioni sono inferiori alla lunghezza d'onda della luce. Ciò ha consentito l'imaging a lunghezza d'onda inferiore e ha gettato le basi per l'imaging delle cellule biologiche. L'uso di questa tecnologia nei laser IR consentirà una migliore comprensione del morbo di Alzheimer, del cancro e di altri cambiamenti nelle cellule.
PDT e altri trattamenti
Gli sviluppi nel campo delle fibre ottiche aiutano ad ampliare le possibilità di utilizzo dei laser in altre aree. Oltre al fatto che consentono la diagnostica all'interno del corpo, l'energia della radiazione coerente può essere trasferita dove è necessaria. Può essere utilizzato nel trattamento. I laser a fibra stanno diventando molto più avanzati. Cambieranno radicalmente la medicina del futuro.
Campo della fotomedicina che utilizza sostanze chimiche fotosensibilile sostanze che interagiscono con il corpo in un modo particolare possono utilizzare i generatori quantistici sia per diagnosticare che per curare i pazienti. Nella terapia fotodinamica (PDT), ad esempio, un laser e un farmaco fotosensibile possono ripristinare la vista nei pazienti con la forma "umida" di degenerazione maculare legata all'età, la principale causa di cecità nelle persone di età superiore ai 50 anni.
In oncologia, alcune porfirine si accumulano nelle cellule tumorali e diventano fluorescenti quando illuminate a una certa lunghezza d'onda, indicando la posizione del tumore. Se questi stessi composti vengono poi illuminati con una lunghezza d'onda diversa, diventano tossici e uccidono le cellule danneggiate.
Il laser a elio-neon a gas rosso è utilizzato in medicina nel trattamento dell'osteoporosi, della psoriasi, delle ulcere trofiche, ecc., poiché questa frequenza è ben assorbita dall'emoglobina e dagli enzimi. Le radiazioni rallentano l'infiammazione, prevengono l'iperemia e il gonfiore e migliorano la circolazione sanguigna.
Trattamento personalizzato
Genetica ed epigenetica sono altre due aree in cui è possibile utilizzare i laser.
In futuro, tutto accadrà su scala nanometrica, il che ci permetterà di fare medicina alla scala della cellula. I laser in grado di generare impulsi di femtosecondi e di sintonizzarsi su lunghezze d'onda specifiche sono i partner ideali per i professionisti del settore medico.
Questo aprirà la porta a un trattamento personalizzato basato sul genoma individuale del paziente.
Leon Goldman - il fondatoremedicina laser
Parlando dell'uso dei generatori quantistici nel trattamento delle persone, non si può non citare Leon Goldman. È conosciuto come il "padre" della medicina laser.
Già un anno dopo aver inventato la sorgente di radiazioni coerenti, Goldman è diventato il primo ricercatore a usarla per curare le malattie della pelle. La tecnica utilizzata dallo scienziato ha aperto la strada al successivo sviluppo della dermatologia laser.
Le sue ricerche a metà degli anni '60 portarono all'uso del generatore quantico di rubino nella chirurgia della retina e a scoperte come la capacità delle radiazioni coerenti di tagliare contemporaneamente la pelle e sigillare i vasi sanguigni, limitando il sanguinamento.
Goldman, dermatologo presso l'Università di Cincinnati per la maggior parte della sua carriera, ha fondato l'American Society for Lasers in Medicine and Surgery e ha contribuito a gettare le basi per la sicurezza del laser. Morto nel 1997
Miniaturizzazione
I primi generatori quantistici da 2 micron avevano le dimensioni di un letto matrimoniale e venivano raffreddati con azoto liquido. Oggi sono comparsi laser a diodi palmari e laser a fibra ancora più piccoli. Questi cambiamenti aprono la strada a nuove applicazioni e sviluppi. La medicina del futuro avrà minuscoli laser per la chirurgia cerebrale.
Grazie al progresso tecnologico, c'è una costante riduzione dei costi. Proprio come i laser sono diventati comuni negli elettrodomestici, hanno iniziato a svolgere un ruolo chiave nelle apparecchiature ospedaliere.
Se i laser precedenti in medicina fossero molto grandi ecomplesso, l'odierna produzione da fibra ottica ha notevolmente ridotto i costi e il passaggio alla nanoscala ridurrà ulteriormente i costi.
Altri usi
Gli urologi possono trattare la stenosi uretrale, le verruche benigne, i calcoli urinari, la contrattura della vescica e l'allargamento della prostata con il laser.
L'uso del laser in medicina ha consentito ai neurochirurghi di eseguire incisioni precise ed esami endoscopici del cervello e del midollo spinale.
I veterinari utilizzano i laser per procedure endoscopiche, coagulazione del tumore, incisioni e terapia fotodinamica.
I dentisti usano radiazioni coerenti per la creazione di buchi, chirurgia gengivale, procedure antibatteriche, desensibilizzazione dentale e diagnostica oro-facciale.
Pinzette laser
I ricercatori biomedici di tutto il mondo utilizzano pinzette ottiche, selezionatori cellulari e molti altri strumenti. Le pinzette laser promettono una diagnosi del cancro migliore e più rapida e sono state utilizzate per catturare virus, batteri, piccole particelle di metallo e filamenti di DNA.
Nelle pinzette ottiche, un raggio di radiazione coerente viene utilizzato per trattenere e ruotare oggetti microscopici, in modo simile a come le pinzette di metallo o plastica possono raccogliere oggetti piccoli e fragili. Le singole molecole possono essere manipolate attaccandole a vetrini di dimensioni micron o perline di polistirene. Quando il raggio colpisce la palla, essocurva e ha un leggero impatto, spingendo la palla direttamente al centro della trave.
Questo crea una "trappola ottica" in grado di intrappolare una piccola particella in un raggio di luce.
Laser in medicina: pro e contro
L'energia della radiazione coerente, la cui intensità può essere modulata, viene utilizzata per tagliare, distruggere o modificare la struttura cellulare o extracellulare dei tessuti biologici. Inoltre, l'uso dei laser in medicina, insomma, riduce il rischio di infezione e stimola la guarigione. L'uso dei generatori quantistici in chirurgia aumenta l'accuratezza della dissezione, tuttavia sono pericolosi per le donne in gravidanza e ci sono controindicazioni per l'uso di farmaci fotosensibilizzanti.
La complessa struttura dei tessuti non consente un'interpretazione univoca dei risultati delle classiche analisi biologiche. I laser in medicina (foto) sono uno strumento efficace per la distruzione delle cellule tumorali. Tuttavia, potenti sorgenti di radiazioni coerenti agiscono indiscriminatamente e distruggono non solo i tessuti colpiti, ma anche quelli circostanti. Questa proprietà è uno strumento importante nella tecnica di microdissezione utilizzata per eseguire analisi molecolari in un sito di interesse con la capacità di distruggere selettivamente le cellule in eccesso. L'obiettivo di questa tecnologia è quello di superare l'eterogeneità presente in tutti i tessuti biologici al fine di facilitarne lo studio in una popolazione ben definita. In questo senso, la microdissezione laser ha dato un contributo significativo allo sviluppo della ricerca, alla comprensionemeccanismi fisiologici che oggi possono essere chiaramente dimostrati a livello di una popolazione e anche di una singola cellula.
La funzionalità dell'ingegneria dei tessuti oggi è diventata un fattore importante nello sviluppo della biologia. Cosa succede se le fibre di actina vengono tagliate durante la divisione? Un embrione di Drosophila sarà stabile se la cellula viene distrutta durante il ripiegamento? Quali sono i parametri coinvolti nella zona del meristema di una pianta? Tutti questi problemi possono essere risolti con i laser.
Nanomedicina
Di recente sono emerse molte nanostrutture con proprietà adatte a una vasta gamma di applicazioni biologiche. I più importanti sono:
- I punti quantici sono minuscole particelle che emettono luce di dimensioni nanometriche utilizzate nell'imaging cellulare altamente sensibile;
- nanoparticelle magnetiche che hanno trovato applicazione nella pratica medica;
- particelle polimeriche per molecole terapeutiche incapsulate;
- nanoparticelle metalliche.
Lo sviluppo delle nanotecnologie e l'uso dei laser in medicina, in breve, ha rivoluzionato il modo di somministrare i farmaci. Le sospensioni di nanoparticelle contenenti farmaci possono aumentare l'indice terapeutico di molti composti (aumentare la solubilità e l'efficacia, ridurre la tossicità) colpendo selettivamente i tessuti e le cellule colpiti. Forniscono il principio attivo e regolano anche il rilascio del principio attivo in risposta alla stimolazione esterna. La nanoteranostica è oltreun approccio sperimentale che consente il duplice uso di nanoparticelle, composti farmaceutici, strumenti terapeutici e di diagnostica per immagini, aprendo la strada a un trattamento personalizzato.
L'uso dei laser in medicina e biologia per la microdissezione e la fotoablazione ha permesso di comprendere i meccanismi fisiologici dello sviluppo della malattia a diversi livelli. I risultati aiuteranno a determinare i migliori metodi di diagnosi e trattamento per ciascun paziente. Sarà inoltre indispensabile lo sviluppo della nanotecnologia in stretta connessione con i progressi dell'imaging. La nanomedicina è una nuova promettente forma di trattamento per alcuni tipi di cancro, malattie infettive o diagnostica.
