دستکاری چند منظوره گلبول های قرمز با استفاده از موچین های نوری

دستکاری چند منظوره گلبول های قرمز با استفاده از موچین های نوری

ترجمه با مهندس شکوفه ساتری

پیشرفت‌های اخیر برای استفاده از موچین‌های نوری در مطالعات چند منظوره روی گلبول‌های قرمز خون (RBC)، از جمله تغییر شکل قابل کنترل، کشش پویا، تجمع گلبول‌های قرمز، جداسازی خون، خصوصیات رامان، مونتاژ دستگاه‌های بیوفوتونیکی و دستکاری درون تنی بررسی شد. با زیست سازگاری بالا و ماهیت غیر تهاجمی، موچین های نوری پتانسیل زیادی برای توصیف عملکردهای فیزیولوژیکی گلبول های قرمز در شرایط آزمایشگاهی و درون تنی از خود نشان داده اند، بنابراین بینش جدیدی برای تشخیص بالینی بیماری های عروقی و تحویل هدفمند نانوپزشکی در داخل بدن ارائه می دهند.

بیوفوتونیک فمتوثانیه

فهرست مطالب

پیشگفتار

1. مقدمه

2. میکروسکوپ نوری غیرخطی

3. میکروسکوپ فلورسانس دو فوتونی از طریق محیط کدر

4. میکروسکوپ غیرخطی فیبر نوری

5. آندوسکوپی نوری غیرخطی

6. میکروسکوپ نوری روبشی میدان نزدیک ذرات به دام افتاده

7. به دام انداختن لیزر پالس فمتوثانیه و موچین

8. تله گذاری نوری میدان نزدیک و موچین

9. مهندسی سلول فمتوثانیه

فهرست مطالب.

مدرسه تابستانی بیوفوتونیک سال 1401

مدرسه تابستانی بیوفوتونیک سال 1401 با مهندس شکوفه ساتری

اپتیک بافت

اپتیک پراکنده و انتشار نور در محیط های کدر

نور شکل، به دام انداختن نوری و کاربردهای آنها در بیوفوتونیک

ورق های میکروسکوپی و نوری

میکرومکانیک نوری

توموگرافی انسجام نوری و کاربردهای بالینی

تصویربرداری عکس-آکوستیک و کاربردهای بالینی

رویکردهای چندوجهی در اندومیکروسکوپی

تصویربرداری مادام العمر فلورسانس

تصویربرداری مولکولی بر اساس روش های نوری

فوتونیک و تصویربرداری نوری در انکولوژی

کارگاه آموزشی Matlab (شبیه سازی مونت کارلو انتشار نور، OCT آنژیوگرافی)

کارگاه آموزشی انتشارات علمی 

مجله بیوفوتونیک

توموگرافی انسجام نوری کانفوکال خطی یک تکنیک تصویربرداری جدید است که تصاویر سه بعدی در داخل بدن را از پوست ارائه می دهد. وضوح فضایی آن امکان اندازه‌گیری استاندارد به عنوان ضخامت SC/اپیدرم یا موج‌دار شدن پیوند پوستی-اپیدرمی و همچنین کمی‌سازی نوآورانه اپیدرم را تا سطح سلولی بر اساس هوش مصنوعی فراهم می‌کند. هر کراتینوسیت را می توان شمارش کرد و با اندازه و شکل هسته آن مشخص کرد. این فناوری معیارهای اپیدرمی را تولید می کند که می تواند هم برای تحقیقات و هم برای عمل بالینی فعلی مفید باشد.

بیوفوتونیک با شکوفه ساتری

درمان و تشخیص فوتونیک. در این جلسه موضوعاتی مانند کاربردهای نور در قلب و عروق، تجسم و تعیین کمیت داروها در بافت و جراحی با هدایت مولکولی ارائه خواهد شد. 

نوروفوتونیک، جراحی اعصاب و اپتوژنتیک. در این جلسه موضوعاتی مانند نوروفوتونیک بالینی و ترجمه، تصویربرداری و سنجش عصبی و اپتوژنتیک و دستکاری نوری ارائه می شود.

فن آوری ها و سیستم های بالینی. در این جلسه موضوعاتی مانند توموگرافی انسجام نوری و روش‌های نوری حوزه انسجام در زیست‌پزشکی ارائه می‌شود. اپتیک و بیوفوتونیک در تنظیمات کم منابع. و میکروسیال

اپتیک بافت، تعامل لیزر-بافت، و مهندسی بافت. در این جلسه موضوعاتی مانند فوتون ها به همراه اولتراسوند ارائه می شود: تصویربرداری و سنجش، بیوفتونیک و پاسخ ایمنی، و نور پلاریزه و تکانه زاویه ای نوری برای تشخیص های زیست پزشکی. 

طیف سنجی زیست پزشکی، میکروسکوپ و تصویربرداری. در این جلسه موضوعاتی مانند میکروسکوپ چند فوتونی در علوم زیست پزشکی، طیف سنجی تک مولکولی و تصویربرداری با وضوح فوق العاده و پیشرفت در تصویربرداری و طیف سنجی زیست پزشکی تراهرتز ارائه می شود. 

نانو/بیوفوتونیک. در این جلسه موضوعاتی مانند تصویربرداری در مقیاس نانو، سنجش و فعال سازی برای کاربردهای زیست پزشکی ارائه خواهد شد. پلاسمونیک در زیست شناسی و پزشکی؛ و مرزها در تشخیص بیولوژیکی: از نانوحسگرها تا سیستم ها 

تکنیک‌های نوروفوتونیک، آسیب‌های تروماتیک مغز را روشن می‌کنند

تکنیک‌های نوروفوتونیک، آسیب‌های تروماتیک مغز را روشن می‌کنند

ترجمه با مهندس شکوفه ساتری

امواج ضربه ای ناشی از لیزر بر روی سلول های عصبی، که با تصویربرداری فاز کمی نظارت می شود، به درک آسیب مغزی و اثرات فیزیولوژیکی آن کمک می کند.

نیکولاس پرز، پگاه پولادیان، و داریل پریس، دانشگاه کالیفرنیا، ایروین

آسیب مغزی تروماتیک می تواند تأثیرات فاجعه باری بر عملکرد روزمره و کیفیت زندگی داشته باشد. اکنون، مجموعه ای از ابزارهای فوتونیک ممکن است بینش جدیدی در مورد این وضعیت ارائه دهد. همراه با دانش فنی که با استفاده از علوم زیستی و فیزیکی در دسترس است، از روش‌های جدید تصویربرداری و تکنیک‌های بیوفوتونیک به خوبی استفاده می‌شود. نمونه بارز این اتصال متقابل مطالعه امواج ضربه ای ناشی از لیزر (LIS) است.

اثرات امواج ضربه ای بر بدن انسان برای اولین بار در طول جنگ جهانی دوم مشاهده شد، زمانی که مشخص شد ملوانانی که در زمان انفجار اژدر در اقیانوس بودند، اما مستقیماً هدف قرار نگرفتند، اغلب به دلیل اختلال در ریه جان خود را از دست دادند. در تعدادی از موارد، هیچ آسیب فیزیکی خارجی به آنها وارد نشده بود. با این حال، اخیراً امواج ضربه ای به عنوان علت آسیب تروماتیک مغزی مطرح شده اند. هنگامی که امواج ضربه ای ایجاد شده توسط یک ضربه یا موج انفجار از جمجمه عبور می کند، می تواند به بافت عصبی آسیب برساند. آسیب به مغز ممکن است پایدار باشد و منجر به انواع اثرات ناتوان کننده مانند از دست دادن حافظه، افسردگی و سایر اختلالات ذهنی شود.

برای مطالعه اثرات امواج شوک بر مغز، تیم تحقیقاتی نویسندگان در دانشگاه کالیفرنیا، ایروین اخیراً از لیزر پالسی 1064 نانومتری Nd:YAG برای ایجاد امواج شوک میکروسکوپی و نظارت بر اثرات روی سلول‌های منفرد استفاده کردند. با استفاده از یک پرتو لیزر پالسی متمرکز بر یک نقطه، می توان انرژی شدید تولید کرد. هنگامی که تجمع انرژی در نقطه کانونی به اندازه کافی قوی باشد، یک حباب کاویتاسیون تشکیل می شود و سپس فرو می ریزد، که یک موج ضربه ای ایجاد می کند که از کانون به بیرون تابش می کند. با کنترل دقیق پارامترهای پرتو، امواج ضربه ای را می توان به گونه ای کالیبره کرد تا نیروهایی معادل منابع شناخته شده آسیب تروماتیک مغزی اعمال کند.

نویسندگان از این پدیده برای شبیه سازی آسیب های مغزی در شرایط آزمایشگاهی با استفاده از امواج ضربه ای ناشی از لیزر برای آسیب رساندن به سلول های عصبی مانند آستروسیت ها استفاده کردند. آستروسیت ها سلول های گلیال ستاره ای شکل هستند که پرتعدادترین سلول ها در سیستم عصبی مرکزی هستند. آنها نقش مهمی در حفظ عملکرد سالم نورون های مغز دارند. از آنجایی که سلول ها مسئول حفظ و تامین مواد مغذی به بافت عصبی در مغز و نخاع هستند، مطالعه نحوه واکنش آستروسیت ها به تروما، بینش های ارزشمندی را در مورد مکانیسم هایی که مغز برای ترمیم آسیب های داخلی استفاده می کند، ارائه می دهد.

یکی از راه های ارزیابی آسیب وارد شده به سلول، نظارت بر تغییرات مورفولوژیکی سلول است. با ایجاد امواج ضربه ای در نزدیکی سلول و اندازه گیری کمی تغییر حجم سلول با استفاده از میکروسکوپ هولوگرافیک، می توان مشاهده کرد که سلول چگونه در پاسخ به نیروی خارجی اعمال شده تغییر شکل می دهد.

لیزر درمانی به صرع سخت می رسد

ترجمه با مهندس شکوفه ساتری

برای دهه‌ها، رایج‌ترین درمان‌های مورد استفاده برای صرع، داروسازی یا جراحی برداشتن بود که شامل برداشتن بخشی از بافت مغز از جایی که تشنج بیمار منشأ می‌گیرد، می‌شود. این درمان ها می توانند به خوبی کار کنند و در بسیاری از موارد بهترین گزینه درمانی هستند، اما همچنین می توانند عوارض جانبی ناتوان کننده ای ایجاد کنند. برای برخی از بیماران، درمان دارویی بی اثر بوده و آنها را به جستجوی راه حل دیگری واداشته است. لیزر درمانی مدرن هم در مطالعات بالینی و هم در مطالعات اثبات مفهوم نشان داده شده است که به طور بالقوه برای بسیاری مفید یا حتی درمانی است، زیرا توانایی منحصر به فرد آن در هدف قرار دادن دقیق بافت مغز آسیب دیده و متوقف کردن یا حداقل به حداقل رساندن سیگنال های نامنظم ناشی از آن است.

تخمین زده می شود که 1.2٪ از جمعیت ایالات متحده به صرع فعال مبتلا هستند و از هر 26 نفر یک نفر در طول زندگی خود به آن مبتلا می شود. بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی، 50 میلیون نفر در سراسر جهان به این اختلال عصبی مبتلا هستند. صرع عمومی وضعیتی است که در آن عدم تعادل اتصالات عصبی تحریکی و مهاری می تواند باعث ایجاد تشنج در سراسر مغز شود. صرع کانونی شامل عدم تعادلی است که در یک ناحیه از مغز شروع می شود و به مناطق بزرگتر منتشر می شود.

صرع معمولاً پس از تجربه دو یا چند تشنج، بدون محرک شناخته شده، با فاصله بیش از 24 ساعت تشخیص داده می شود. تشنج باعث حرکات کوتاه و غیرارادی می شود که ممکن است همراه با از دست دادن هوشیاری یا سایر عملکردها رخ دهد.

چندین اشکال لیزر درمانی، از جمله ابلیشن، بیش از یک دهه است که برای درمان انواع خاصی از صرع استفاده می شود. تحقیقات مداوم در مورد استفاده از انواع مختلف لیزر در طول موج‌های خاص، پتانسیل آن‌ها را برای جلوگیری از عود تشنج نشان داده است، که می‌تواند به افرادی که از آن رنج می‌برند و درمان‌های دیگر به آنها کمک نکرده است، اجازه دهد تا زندگی عادی داشته باشند.

جایگزینی برای چاقوی جراحی

تیمی از محققان و پزشکان در دانشگاه کرنل روش‌های منحصر به فردی را آزمایش کرده‌اند که از لیزرهای پالسی می‌توان برای کاهش و احتمالاً از بین بردن تشنج در حیوانات استفاده کرد. در حالی که کاربرد بالینی انسان احتمالاً سال‌ها دورتر است، این تیم با یافته‌های تحقیقات خود تا کنون تشویق شده است.

کریس شافر، دانشیار دانشکده مهندسی بیومدیکال Meinig در کورنل، می گوید: «درمان درمانی استاندارد برای صرع کانونی برداشتن است که می تواند به خوبی کار کند، اما همچنین می تواند نقایص عصبی دائمی ایجاد کند.

روش‌های تصویربرداری نشان داده‌اند که بیشتر تشنج‌ها از طریق اتصالات عصبی جانبی زیرسطحی در لایه‌های قشری خاص در مغز گسترش می‌یابند. قطع اتصالات ناکارآمد خاص به جای برداشتن کل کانون صرع می تواند نقایص عصبی را که گاهی اوقات در اثر جراحی صرع ایجاد می شود کاهش دهد. با این حال، برش اتصالات عصبی زیرسطحی روشی است که نمی توان آن را با چاقوی جراحی مکانیکی انجام داد.

شافر گفت: «در کارمان، ما می‌خواستیم یک اسکالپل لیزری دقیق ایجاد کنیم و پالس‌های لیزری داشته باشیم که می‌تواند به شدت، در عمق بافت، بدون تأثیر بر بافت اطراف، برش دهد.

او و تیم تحقیقاتی کرنل از لیزر Ti:Sapphire (شکل 1) استفاده کردند که در 800 نانومتر ساطع می‌کرد که پالس‌های 50 fs ایجاد می‌کرد تا برش‌های قشر زیرسطحی به وسعت 100 میکرومتر را به عمق 1 میلی‌متر در نئوکورتیس موش برش دهد. این برش ها یک "جعبه" در اطراف کانون صرع ناشی از مواد شیمیایی ایجاد کردند که انتشار تشنج را مسدود کرد.

تخمین زده می شود که 1.2٪ از جمعیت ایالات متحده به صرع فعال مبتلا هستند و از هر 26 نفر یک نفر در طول زندگی خود به آن مبتلا می شود. بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی، 50 میلیون نفر در سراسر جهان به این اختلال عصبی مبتلا هستند. صرع عمومی وضعیتی است که در آن عدم تعادل اتصالات عصبی تحریکی و مهاری می تواند باعث ایجاد تشنج در سراسر مغز شود. صرع کانونی شامل عدم تعادلی است که در یک ناحیه از مغز شروع می شود و به مناطق بزرگتر منتشر می شود.

صرع معمولاً پس از تجربه دو یا چند تشنج، بدون محرک شناخته شده، با فاصله بیش از 24 ساعت تشخیص داده می شود. تشنج باعث حرکات کوتاه و غیرارادی می شود که ممکن است همراه با از دست دادن هوشیاری یا سایر عملکردها رخ دهد.

چندین اشکال لیزر درمانی، از جمله ابلیشن، بیش از یک دهه است که برای درمان انواع خاصی از صرع استفاده می شود. تحقیقات مداوم در مورد استفاده از انواع مختلف لیزر در طول موج‌های خاص، پتانسیل آن‌ها را برای جلوگیری از عود تشنج نشان داده است، که می‌تواند به افرادی که از آن رنج می‌برند و درمان‌های دیگر به آنها کمک نکرده است، اجازه دهد تا زندگی عادی داشته باشند.

جایگزینی برای چاقوی جراحی

تیمی از محققان و پزشکان در دانشگاه کرنل روش‌های منحصر به فردی را آزمایش کرده‌اند که از لیزرهای پالسی می‌توان برای کاهش و احتمالاً از بین بردن تشنج در حیوانات استفاده کرد. در حالی که کاربرد بالینی انسان احتمالاً سال‌ها دورتر است، این تیم با یافته‌های تحقیقات خود تا کنون تشویق شده است.

کریس شافر، دانشیار دانشکده مهندسی بیومدیکال Meinig در کورنل، می گوید: «درمان درمانی استاندارد برای صرع کانونی برداشتن است که می تواند به خوبی کار کند، اما همچنین می تواند نقایص عصبی دائمی ایجاد کند.

روش‌های تصویربرداری نشان داده‌اند که بیشتر تشنج‌ها از طریق اتصالات عصبی جانبی زیرسطحی در لایه‌های قشری خاص در مغز گسترش می‌یابند. قطع اتصالات ناکارآمد خاص به جای برداشتن کل کانون صرع می تواند نقایص عصبی را که گاهی اوقات در اثر جراحی صرع ایجاد می شود کاهش دهد. با این حال، برش اتصالات عصبی زیرسطحی روشی است که نمی توان آن را با چاقوی جراحی مکانیکی انجام داد.

شافر گفت: «در کارمان، ما می‌خواستیم یک اسکالپل لیزری دقیق ایجاد کنیم و پالس‌های لیزری داشته باشیم که می‌تواند به شدت، در عمق بافت، بدون تأثیر بر بافت اطراف، برش دهد.

او و تیم تحقیقاتی کرنل از لیزر Ti:Sapphire (شکل 1) استفاده کردند که در 800 نانومتر ساطع می‌کرد که پالس‌های 50 fs ایجاد می‌کرد تا برش‌های قشر زیرسطحی به وسعت 100 میکرومتر را به عمق 1 میلی‌متر در نئوکورتیس موش برش دهد. این برش ها یک "جعبه" در اطراف کانون صرع ناشی از مواد شیمیایی ایجاد کردند که انتشار تشنج را مسدود کرد.

بیوفوتونیک با شکوفه ساتری

بررسی اجمالی

اهداف و دامنه

پزشکی ترجمه شامل جنبه های پزشکی از تحقیقات آزمایشگاهی، مطالعات پیش بالینی، آزمایشات بالینی، عمل بالینی تا تشخیص و درمان و فناوری های ترکیبی با تمرکز بر همکاری متقابل بین محققان و پزشکان است.

Translational Biophotonics (TBIO) یک مجله بین المللی، با بازبینی و دسترسی آزاد است که به پر کردن شکاف در ترجمه تحقیقات فوتونیکی پزشکی به عمل بالینی اختصاص یافته است. فن آوری های نوری و فوتونی پتانسیل خود را در مورد نیازهای تشخیصی و درمانی خاص در مطالعات اثبات مفهوم ثابت کرده اند. با این حال، اثربخشی واقعی آنها به ندرت تحت شرایط بالینی معمول در پایگاه‌های اطلاعاتی بزرگتر/گروه‌های بیماران آزمایش شده است.

در گسترش مجله خواهر خود - Journal of Biophotonics (JBIO) - Translational Biophotonics به عنوان بستری برای ترجمه روش‌ها و فن‌آوری‌های فوتونیک در تمام زمینه‌های پزشکی برای رفع نیازهای پزشکی برآورده نشده در تشخیص و درمان عمل می‌کند. همزیستی بین فوتونیک و پزشکی به عنوان پلی در ادغام تحقیقات ترجمه در عمل بالینی عمل می کند.

این مجله مقالات اصلی، مرورها، نامه ها، مطالعات اعتبار سنجی پیش بالینی و بالینی را منتشر می کند. TBIO همچنین بررسی های آموزشی را ارائه می دهد که به محققان و پزشکان کمک می کند تا زمینه مشترک کار خود را درک کنند.

موضوعات

زمینه های کاربرد:

دارو

سلامتی

زیست پزشکی

علوم زیستی

محیط زیست و تغذیه

فناوری های ویژه:

میکروسکوپی / تصویربرداری / آندوسکوپی

طیف سنجی

رویکردهای درمانی فوتونیک

فوتونیک نقطه مراقبت / نقطه استفاده

واژه نامه فوتونیک

واژه نامه فوتونیک

توموگرافی انسجام نوری (OCT) یک تکنیک غیرتهاجمی (معمولاً پزشکی) تصویربرداری نوری است که از امواج نور برای ایجاد تصاویر مقطعی متمایز، سه بعدی و لایه‌ای از یک محیط پراکنده نوری (یعنی بافت بیولوژیکی) مانند شبکیه چشم بیمار استفاده می‌کند. که در...

مادون قرمز نزدیک (NIR) کوتاه ترین طول موج ناحیه مادون قرمز، اسماً 0.75 تا 3 میکرومتر.

بیوفوتونیک فناوری است که با برهمکنش مواد آلی با نور و سایر اشکال انرژی تابشی که واحد کوانتومی آن فوتون است، سروکار دارد. این شامل انتشار، تشخیص، جذب، انحراف، انتخاب، اصلاح و ایجاد ...

آنژیوگرافی توموگرافی انسجام نوری همچنین به عنوان OCT-A شناخته می شود، آنژیوگرافی توموگرافی انسجام نوری یک تکنیک تصویربرداری است که از امواج نور برای اندازه گیری تغییرات در ویژگی های بازتاب استفاده می کند و تجزیه و تحلیل کمی عروق را ممکن می سازد. به طور عمده در چشم پزشکی استفاده می شود، ...

درس بیوفوتونیک

بیوفوتونیک

فناوری که با برهمکنش مواد آلی با نور و دیگر اشکال انرژی تابشی که واحد کوانتومی آن فوتون است، سروکار دارد. این شامل انتشار، تشخیص، جذب، انحراف، انتخاب، اصلاح و ایجاد تابش توسط و از همه موجودات زنده و مواد آلی است. بیوفتونیک کاربردهای زیادی در زمینه های پزشکی، ژنتیک، زیست شناسی، کشاورزی و علوم محیطی دارد.

فوتونیک

بیولومینسانس

توموگرافی انسجام نوری (OCT)

بیومتریک