فصلنامه لیزر در پزشکی
سال سیزدهم شماره 4 (پیاپی 62، زمستان 1395)

هایپرترمی با لیزر یکی از امیدبخش ترین شیوه های غیرتهاجمی درمان سرطان است. افزودن نانومیله های طلا به بافت باعث بهبود قابل توجه در فرآیند درمان می شود. کنترل دما به منظور افزایش دما و حفظ بافت سالم در طی فرآیند درمان الزمی است. در این مقاله فرآیند درمان سرطان پوست با لیزر و نانومیله های طلا شبیه سازی و مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در این مقاله برای اولین بار توزیع دما در بافت پس از توقف تابش لیزر مورد بررسی قرار گرفته است.

نظریه و تومور و دامنه فیزیکی به صورت استوانه هایی به ترتیب با شعاع و ارتفاع (5 ،10) و (10 ،20) میلی متر درنظر گرفته شده و نانومیله های طلا با غلظت 001/0 درصد و به طور یکنواخت در ناحیه تومور توزیع شده است، سپس ناحیه تومور تحت تابش لیزر با شدت W/cm2 1 قرار گرفته است. شبیه سازی ها براساس حل همزمان معادله بیوگرمایی، معادله آرنیوس و با درنظر گرفتن جذب نور لیزر در تومور، نانومیله های طلا و بافت بیمار و با به کاربردن مدل کریبیج-ولمر و با روش المان محدود FEM انجام شده است. در شبیه سازی ها تاثیر پراکندگی نور لیزر، گرمای متابولیک، رسانش بافت و تومور و نیز نرخ پرفیوژن خون در نظر گرفته شده است.

نتایج تحقیقات نشان می دهد که بیشترین مقدار افزایش دما در سطح و در مرکز تومور وجود دارد و دما در این ناحیه تا 98 درجه سانتی گراد افزایش می یابد و با دور شدن از این نقطه در راستای شعاعی و راستای محور z میزان افزایش دما کاهش می یابد. همچنین نقطه مرکزی دارای بیشترین شیب افزایش کسر تخریب می باشد و این شیب همانند دما با دور شدن از نقطه فوق کاهش می یابد. نتایج بررسی تاثیر شدت و زمان تابش لیزر نشان داد که این دو کمیت تاثیر زیادی در فرآیند درمان دارند به طوری که انتخاب نادرست آن ها می تواند منجر به عدم تخریب کامل تومور شود. همچنین نتایج نشان داد که مقدار دما پس از توقف تابش لیزر کاهش پیدا می کند و دمای تمام نقاط بافت و تومور پس از 80 ثانیه از توقف تابش به کمتر از 44 درجه سانتی گراد می رسد که دمایی ایمن برای بافت می باشد.

سلول درمانی درمان جدیدی است که در شاخه های مختلف از جمله ترمیم زخم می ت واند کاربرد های بسیاری داشته باشد. اساس این درمان استفاده از سلول های بنیادی جنینی و سوماتیک در ترمیم بافت می باشد. از سلول های فیبروبلاست و کراتینوسیت به عنوان سلول های بنیادی بالغ می توان در ترمیم زخم استفاده کرد. بیش از 30 سال است که از لیزر های کم توان در درمان زخم های مختلف از جمله زخم ها ی دیابتی، فشاری و زخم بستر استفاده می شود. در این مطالعه از این دو روش در کنار هم جهت ترمیم زخم های سوختگی درجه3 در بیماران دیابتی استفاده شده است.
10 بیمار دیابتی دچار سوختگی درجه3 که کاندید انجام جراحی پیوند پوست بودند، به صورت داوطلبانه در این مطالعه شرکت کردند. پس از انجام بی حسی یک سانتی متر مربع از پوست پشت گوش بیماران با استفاده از پانچ بیوپسی شدند و فیبروبلاست های آن پس از استخراج کشت داده شدند. تا زمان آماده شدن کشت سلولی بیماران به مدت 10-7 جلسه یک روز درمیان تحت درمان با لیزر کم توان قرار گرفتند. برای بستر زخم از نور لیزر قرمز 650 نانومتر یک ژول بر سانتی متر مربع و برای بستر زخم از نور لیزر مادون قرمز 808 نانومتر، 6 ژول بر سانتی متر مربع استفاده شد. 4-3 هفته بعد، پس از آماده شدن سلول های کشت داده شده، سلول ها به صورت سوسپانسیون روی محل زخم منتقل شد.
تمامی ده بیمار در مدت 12-10 جلسه بهبود کامل پیدا کردند. هیچ عارضه جانبی در این درمان گزارش نشد.
از این روش می توان به عنوان یک روش موثر و بی عارضه در ترمیم زخم های سوختگی به ویژه در بیماران مبتلا به دیابت استفاده کرد.

امروزه به کارگیری لیزر درجراحی و درمان، گستره وسیعی از پژوهش های محققان و دانشمندان را به خود اختصاص داده است. یکی از مهم ترین خصوصیات رفتاری لیزر به هنگام برخورد با بافت، اثرات گرمایی و حرارتی آن می باشد.

در این پژوهش با توسعه حل تحلیلی و محاسباتی معادلات حاکم بر انتقال حرارت در بافت پوست سر به هنگام برخورد باریکه لیزر با آن، نتایج قابل ملاحظه ای جهت هدایت گرمایی و کنترل دقیق توزیع دما در بافت و اثرات ناشی از آن حاصل گردید به نحوی که با حداقل آسیب به بافت های سالم در مجاورت سلول ها وتومورهای بدخیم، درمان به شکل موثر صورت پذیرد.

پاسخ و نمودار به دست آمده از تغییرات دما برای عمق لایه اپیدرمیس و مدت زمان تابش، حاکی از این مطلب می باشد که باتوجه به پایین بودن سطح گرمای ویژه در بافت پوست سر، به کارگیری لیزرهای با توان بیش از 650 میلی وات آسیب حرارتی در بافت سالم را پیش روی خواهد داشت. مدل سه بعدی یافته شده به صراحت نشان می دهد که با افزایش زمان تابش به سرعت در عمقی حدود 100میکرومتر از لایه اپیدرم بیشینه جذب حرارت صورت می گیرد و تغییر دما تا حد20 درجه کلوین خواهد بود. نتایج نشان می دهد که با درنظرگرفتن اثرمتابولیسم سلولی، افزایش دما در ناحیه اپی درمیس را شاهد خواهیم بود، اما، با استفاده از مدل جریان دما در پوست و نیز درنظرگرفتن جریان خون و عوامل موضعی خنک کننده هدایتی، همرفتی و تابشی می توان به صورت پارامتریک روند افزایش دمای بافت را به نحو چشمگیری کند کرد.

سازوکارهای آسیب زیست شناختی ناشی از نور لیزر هم شامل اثرات گرمایی حاصل از انرژی جذب شده و همچنین واکنش های فوتوشیمیایی است. به علت توان بالای برخی از آن ها پرتوگیری بسیار کوتاه مدت لیزر نیز اثرات جبران ناپذیری به همراه خواهد داشت. اکثر جراحات و سوانح در مراکز کار با لیزر به واسطه بازتاب های غیرمنتظره می باشد و پیش از آن که کاربر متوجه شود، حادثه رخ داده است. لیزرهای کلاس 3B و 4 قادرند از طریق اثرات گرمایی به پوست آسیب برسانند، لیکن خطر اصلی متوجه چشم می باشد و وخامت آسیب چشمی به انرژی، توان و زاویه تابش باریکه بستگی دارد که عمده ترین تغییرات وابسته به طول موج است[2و3]. در کار با پرتو، فاصله از عوامل حائز اهمیت است. با افزایش فاصله از منبع مولد پرتوی لیزر و افزایش اندازه باریکه لیزر، چگالی شدت پرتو کاهش می یابد ازاین رو با مشخص نمودن فاصله ای که در آن شدت پرتو کمتر از حد مجاز تابش است، می توان کنترل مناسب تری بر وضعیت کار پرتوی داشت و با ارزیابی فاصله های مختلف، فراخور هر حالت موارد ایمنی مشخصی را به کار برد[4].
هنگامی که بیشینه حد مجاز تابش برای لیزر مشخص شد[3]، ناحیه خطر را می توان مشخص نمود. ناحیه خطر، فضای پیرامون لیزر است که مقدار پرتوی لیزر موجود در آن بیش ازحد مجاز تابش است، البته سهم پرتوهای بازتابی و پراکنده لیزر را نیز باید در نظر گرفت. به واسطه وجود واگرایی، چنانچه فاصله از باریکه لیزر (و بازتاب های آن) افزایش یابد، چگالی شدت پرتو کاهش خواهد یافت[5] و مکان هایی که دارای شدت کمتر از حد مجاز تابش هستند، مرز ناحیه خطر خواهد بود. لذا با تعیین ناحیه خطر برای لیزرهای مختلف می توان مقایسه ای بین لیزرهای مختلف انجام داد[6].
لیزر فارغ از اندازه و توان، دارای خطرات بالقوه می باشد و ابزاری برای تفریح و سرگرمی نیست. به هنگام استفاده از باریکه های لیزر بایستی فاصله خطر را تعیین نمود. در لیزرهای پزشکی که تنوع طول موج و توان وجود دارد نیز در نظر گرفتن ناحیه خطر از اهمیت به سزایی برخوردار است.
کنترل اجرایی از روش های کنترل خطرات لیزر است. ازاین رو با تعیین نواحی مختلف در مراکز کار با لیزر می توان فراخور هر ناحیه دستورالعمل های خاص آن ناحیه را تدوین و اجرا نمود.

اپتوژنتیک فناوری جدیدی است که با کمک آن می توان به صورت دقیق، سریع و هدفمند حوادث سیستم های بیولوژیکی را به عنوان یک مجموعه پیچیده مورد بررسی قرار داد. مفاهیم اولیه اپتوژنتیک به اواخر دهه هفتاد میلادی بر می گردد زمانی که به دلیل چالش های موجود در رشته عصب شناسی نیاز بود تا یک سلول خاص بدون تاتیرگذاری بر روی سلول های دیگر تحت کنترل قرار گیرد و پیشنهاد شد که از نور می توان به عنوان ابزار مناسبی برای این منظور استفاده کرد. با کشف اپسین و آنالوگ های مشابه آن به عنوان مولکول های فعال به نور تحولی مهم در این زمینه روی داد. با کشف اپسین های میکروبی (باکتریایی یا قارچی) غشایی از جمله هالورودوپسین به عنوان نوعی کانال یونی وابسته به نور و انتقال ژن بیان کننده این نوع پروتئین به سلول های پستانداران، امکان کنترل اپتیکی سلول های پستانداران بخصوص سلول های عصبی ایجاد شد. همچنین به دلیل وجود رتینوئید به مقادیر فراوان در بافت هایی چون شبکیه مشخص شد که بافت های عصبی مرکزی دارای میزان کافی از ژن های میکروبی اپسینی برای القاء اپتوژنتیک و کنترل اپتیکی سلولی هستند.
اپتوژنتیک به معنای برانگیختگی نوری یا بازداری نوری سلول های هدف نیست بلکه با این روش امکان کنترل انجام فعالیت های خاص وجود دارد. علامت ویژه اپتوژنتیک، ایجاد کانال ها یا آنزیم های فعال شونده با نور است که امکان دستکاری های دقیق زمانی را بر روی وقایع بیوشیمیایی و الکتریکی با رزولوشن در حد سلول فراهم می سازد. اپتوژنتیک به معنای ایجاد راهبردهای هدفمند ژنتیکی همچون پروموتورهای اختصاصی سلولی یا ویروسی است. این تکنولوژی امکان انتقال پروب های حساس به نور برای جمعیت های خاص سلولی در بافت زنده و سخت افزار شامل فیبر نوری و منابع نوری را فراهم می سازد. با این روش بررسی اختصاصی سلول ها حتی در عمق بافت به منظور کنترل عملکرد سلول امکان پذیر می شود.