Понимание зависимых от температуры клеточных биологических реакций имеет большое значение для успешного лечения гипертермии. Лазерная фотокоагуляция сетчатки с термическим лазером, используемая в офтальмологии, является одним из наиболее известных методов лечения лазеров в медицине. Видимый свет, в основном от зеленой до желтой длины волны, используется при лазерной обработке сетчатки. Свет сильно поглощается меланином в эпителиальных клетках сетчатки сетчатки (РПЭ), которые образуют внешний клеточный монослой сетчатки. Недавно среди врачей и исследователей был интерес к очень мягкому термическому облучению (субвидимая фотокоагуляция) в качестве новой терапевтической стратегии для различных видов нарушений сетчатки 1 , 2 . Следуя этой тенденции, наш интерес заключается в подсолевом нагревании клеток RPE при точном контроле температуры, методе терморегулируемой фототермической терапии (TC-PTT).
Недавний оптАкустическая технология нашего института позволила измерять повышение температуры в реальном времени на облученных участках сетчатки. Это позволяет контролировать увеличение температуры при облучении 3 . Однако, поскольку сублетальная гипертермия на сетчатке, вызванная нагреванием клеток РПЭ подлето, ранее не рассматривалась из-за невозможности измерения и контроля температуры, зависящие от температуры реакции клеток клеток РПЭ после термического лазерного облучения Были очень мало изучены до настоящего времени. Кроме того, не только различие температур не обсуждалось подробно, но также и разница в поведении клеток выживших клеток после сублетального и летального облучения. Поэтому, чтобы собрать научные данные о методах, основанных на ТС-РТТ, мы стремимся выяснить связанные с температурой биологические реакции клеток РПЭ и их механизмы, используя экспериментальные установки in vitro .
Для tЕго цель, необходимо установить установку нагрева ячейки, которая удовлетворяет следующим условиям: 1) возможность быстрого повышения температуры, 2) точно контролируемое время и температура и 3) относительно большое количество исследованных клеток для биологических экспериментов , Что касается метода нагрева, то, к сожалению, для нагрева клеточной культуры клейкий лазер, такой как лазер Nd.YAG с частотным удлинением (532 нм), не подходит. Это связано с сильно уменьшенным числом меланосом в культивируемых клетках RPE. Поглощение лазерного света может быть неоднородным, и повышение температуры на клеточном уровне является переменным между экспериментами, даже при облучении той же мощностью излучения. В нескольких предыдущих исследованиях сообщалось об использовании черной бумаги под днищем тарелки во время облучения 4 или использовании дополнительных меланосом, фагоцитированных клетками культуры до экспериментов 5 , 6 . Многие изБиологические исследования in vitro для оценки гипертермических реакций клеток проводились с использованием горячей плиты, водяной бани или инкубатора CO 2 с установлением температуры 7 . Эти методы требуют длительного периода нагрева, так как для достижения желаемой температуры требуется некоторое время ( т. Е. Несколько минут). Кроме того, используя эти методы, трудно получить подробную температурную историю ( т. Е. Температуру, умноженную на время) на клеточном уровне. Более того, температура между клетками в разных положениях в одной блюде культуры может отличаться из-за переменной температурной диффузии. В большинстве случаев эта временная и пространственная информация о температуре во время гипертермии не была принята во внимание для биологических анализов, даже если реакция биологических клеток может быть критически затронута температурой и продолжительностью времени повышенной температуры.
Чтобы преодолеть эти проблемы,Для нагрева ячеек использовался тюль-лазер с непрерывной волной. Тулиевое лазерное излучение (λ = 1,94 мкм) сильно поглощается водой 8 , а клетки на дне культуральной чашки термически стимулируются исключительно за счет тепловой диффузии. Лазерное волокно диаметром 365 мкм установлено примерно на 12 см выше чашки для культивирования, без какой-либо оптики между ними. Диаметр лазерного луча расходится так, что он почти эквивалентен внутреннему диаметру культуральной чашки (30 мм) на поверхности культуральной среды. При постоянном количестве культуральной среды можно облучать клетки с повышением температуры Высокой повторяемости. Переменные параметры мощности позволяют облучать до 20 Вт, а температура среды на клеточном уровне может быть увеличена до ΔT ≈ 26 ° C за 10 секунд.
Модифицируя условия облучения, можно также изменить профиль лазерного луча, чтобы изменить распределение температурыНа блюде культуры. Например, можно исследовать гауссовское распределение температуры, как в текущем исследовании, или с однородным распределением температуры. Последнее может быть выгодным для исследования эффектов зависимых от температуры реакций на клетки более конкретно для повышения уровня смертности, а не для стресса со смертельным исходом или реакции заживления ран.
В целом облучение тулиевым лазером может позволить исследовать различные виды биологических факторов, таких как экспрессия гена / белка, кинетика смерти клеток, клеточная пролиферация и развитие функциональных свойств клеток после различных термических воздействий.