Novi laser pomaže u terapijama usmjerenim na mozak

Istraživači s MIT-a otkrili su paradoksalni fenomen u optičkoj fizici koji bi mogao omogućiti novu metodu bioimaginga koja je brža i ima veću rezoluciju od postojeće tehnologije.

Otkrili su da se, pod pravim uvjetima, kaotična zbrka laserske svjetlosti može spontano samoorganizirati u visoko fokusiranu "olovkastu zraku".

Koristeći ovu samoorganiziranu zraku, istraživači su snimili 3D slike ljudske krvno-moždane barijere 25 puta brže od standardne metode, uz zadržavanje usporedive rezolucije.

Prikazivanjem pojedinačnih stanica koje apsorbiraju lijekove u stvarnom vremenu, ova tehnologija bi mogla pomoći znanstvenicima da testiraju dosežu li novi lijekovi za neurodegenerativne bolesti poput Alzheimerove bolesti ili ALS-a svoje ciljeve u mozgu, s većom brzinom i rezolucijom.

Tim je prethodno razvio precizni  oblikovatelj vlakana, uređaj koji im omogućuje pažljivo podešavanje laserske svjetlosti koja prolazi kroz višemodno optičko vlakno. Ova vrsta optičkog vlakna može nositi značajnu količinu snage.

Tipično, što se više snage upumpava u laser, to je snop svjetlosti neuređeniji i raspršeniji zbog nesavršenosti u vlaknu.

Ali istraživači su primijetili kako su povećavali snagu gotovo do točke u kojoj bi se spalilo vlakno, svjetlost je učinila suprotno od očekivanog: urušila se u jednu, oštru zraku.

„Nered je intrinzičan ovim vlaknima. Svjetlosni inženjering koji obično trebate učiniti da biste prevladali taj poremećaj, posebno pri velikoj snazi, dugogodišnja je gnjavaža. Ali s ovom samoorganizacijom možete dobiti stabilnu, ultrabrzu olovnu zraku bez potrebe za prilagođenim komponentama za oblikovanje zrake“, kaže Sixian You, docent na MIT-ovom odjelu za elektrotehniku ​​i računarstvo (EECS), član Istraživačkog laboratorija za elektroniku i glavni autor rada o ovoj tehnici snimanja.

Kako bi ponovili ovaj fenomen, istraživači su otkrili da moraju zadovoljiti dva jednostavna, ali precizna uvjeta. Prvo, laser mora ući u vlakno pod savršenim kutom od nula stupnjeva. To je stroži zahtjev nego što se obično koristi za ove vrste vlakana. Drugo, snaga se mora povećavati sve dok svjetlost ne počne interagirati sa staklom samog vlakna.

Kada su istraživači proveli eksperimente karakterizacije ovog snopa  on je bio stabilniji i više rezolucije od mnogih sličnih snopova.

Nadovezujući se na te eksperimente, istraživači su demonstrirali upotrebu ove zrake u biomedicinskom snimanju ljudske krvno-moždane barijere.

Ova barijera je čvrsto zbijeni sloj stanica koji štiti mozak od toksina, ali također blokira mnoge lijekove. Znanstvenici i kliničari često žele vidjeti kako lijekovi teku unutar vaskularne mreže krvno-moždane barijere i dosežu li svoje ciljeve unutar mozga.

Koristeći ovu novu tehniku, istraživači su stvorili ultrabrzi, visokoprecizni snop koji im je omogućio dinamičko praćenje kako stanice apsorbiraju proteine ​​u stvarnom vremenu.

U budućnosti, istraživači žele bolje razumjeti temeljnu fiziku ove zrake i mehanizme koji stoje iza njezine samoorganizacije. Također planiraju primijeniti tehniku ​​na druge scenarije, poput snimanja neurona u mozgu, te raditi na komercijalizaciji tehnologije.