No último meio século, os lasers têm sido usados em oftalmologia, oncologia, cirurgia plástica e muitas outras áreas da medicina e pesquisa biomédica.
A possibilidade de usar a luz para tratar doenças é conhecida há milhares de anos. Os antigos gregos e egípcios usavam a radiação solar na terapia, e as duas ideias estavam até ligadas na mitologia - o deus grego Apolo era o deus do sol e da cura.
Foi somente após a invenção da fonte de radiação coerente, há mais de 50 anos, que o potencial do uso da luz na medicina foi realmente revelado.
Devido às suas propriedades especiais, os lasers são muito mais eficientes do que a radiação do sol ou de outras fontes. Cada gerador quântico opera em uma faixa de comprimento de onda muito estreita e emite luz coerente. Além disso, os lasers na medicina permitem que você crie altas potências. O feixe de energia pode ser concentrado em um ponto muito pequeno, devido ao qual sua alta densidade é alcançada. Essas propriedades levaram ao fato de que hoje os lasers são usados em muitas áreas de diagnóstico médico, terapia e cirurgia.
Tratamento de pele e olhos
O uso do laser na medicina começou com a oftalmologia e a dermatologia. QuânticoO gerador foi inaugurado em 1960. E um ano depois, Leon Goldman demonstrou como o laser vermelho rubi poderia ser usado na medicina para remover displasia capilar, um tipo de marca de nascença e melanoma.
Esta aplicação é baseada na capacidade de fontes de radiação coerentes operarem em um determinado comprimento de onda. Fontes de radiação coerentes são agora amplamente utilizadas para remover tumores, tatuagens, cabelos e pintas.
Lasers de diferentes tipos e comprimentos de onda são utilizados na dermatologia, devido aos diferentes tipos de lesões serem curadas e à principal substância absorvente dentro delas. O comprimento de onda também depende do tipo de pele do paciente.
Hoje não se pode praticar dermatologia ou oftalmologia sem ter laser, pois eles se tornaram as principais ferramentas para o tratamento de pacientes. O uso de geradores quânticos para correção da visão e uma ampla gama de aplicações oftálmicas cresceu depois que Charles Campbell se tornou o primeiro médico a usar um laser vermelho na medicina em 1961 para tratar um paciente com descolamento de retina.
Mais tarde, para esse fim, os oftalmologistas passaram a utilizar fontes de argônio de radiação coerente na parte verde do espectro. Aqui, as propriedades do próprio olho, especialmente sua lente, foram usadas para focar o feixe na área de descolamento de retina. O poder altamente concentrado do dispositivo literalmente a solda.
Pacientes com algumas formas de degeneração macular podem se beneficiar da cirurgia a laser – fotocoagulação a laser e terapia fotodinâmica. No primeiro procedimento, o feixe dea radiação é usada para selar os vasos sanguíneos e retardar seu crescimento patológico sob a mácula.
Estudos semelhantes foram feitos na década de 1940 com a luz solar, mas os médicos precisavam das propriedades únicas dos geradores quânticos para completá-los com sucesso. O próximo uso do laser de argônio foi parar o sangramento interno. A absorção seletiva de luz verde pela hemoglobina, um pigmento nos glóbulos vermelhos, tem sido usada para bloquear vasos sanguíneos sangrentos. Para tratar o câncer, eles destroem os vasos sanguíneos que entram no tumor e fornecem nutrientes.
Isto não pode ser alcançado usando luz solar. A medicina é muito conservadora, como deveria ser, mas as fontes de radiação coerente ganharam aceitação em vários campos. Os lasers na medicina substituíram muitos instrumentos tradicionais.
A oftalmologia e a dermatologia também se beneficiaram das fontes de excimer de radiação UV coerente. Eles se tornaram amplamente utilizados para remodelação da córnea (LASIK) para correção da visão. Os lasers na medicina estética são usados para remover manchas e rugas.
Cirurgia cosmética lucrativa
Tais desenvolvimentos tecnológicos são inevitavelmente populares entre os investidores comerciais, pois têm um enorme potencial de lucro. A empresa analítica Medtech Insight em 2011 estimou o tamanho do mercado de equipamentos de beleza a laser em mais de 1 bilhão de dólares. Com efeito, apesardiminuindo a demanda geral por sistemas médicos durante a crise global, as cirurgias cosméticas baseadas em geradores quânticos continuam a ter uma forte demanda nos Estados Unidos, o mercado dominante de sistemas a laser.
Visualização e diagnóstico
Lasers na medicina desempenham um papel importante na detecção precoce do câncer, assim como muitas outras doenças. Por exemplo, em Tel Aviv, um grupo de cientistas se interessou pela espectroscopia de infravermelho usando fontes infravermelhas de radiação coerente. A razão para isso é que o câncer e o tecido saudável podem ter diferentes permeabilidades ao infravermelho. Uma das aplicações promissoras deste método é a detecção de melanomas. No câncer de pele, o diagnóstico precoce é muito importante para a sobrevida do paciente. Atualmente, a detecção do melanoma é feita a olho nu, portanto, depende da habilidade do médico.
Em Israel, todas as pessoas podem fazer um exame de melanoma gratuito uma vez por ano. Alguns anos atrás, foram realizados estudos em um dos principais centros médicos, com o qual foi possível observar claramente a diferença na faixa do infravermelho entre sinais potenciais, mas não perigosos, e melanoma real.
Katzir, o organizador da primeira conferência da SPIE sobre óptica biomédica em 1984, e seu grupo em Tel Aviv também desenvolveram fibras ópticas transparentes aos comprimentos de onda infravermelhos, permitindo que o método fosse estendido para diagnósticos internos. Além disso, pode ser uma alternativa rápida e indolor ao esfregaço cervical emginecologia.
O laser semicondutor azul na medicina encontrou aplicação no diagnóstico de fluorescência.
Sistemas baseados em geradores quânticos também estão começando a substituir os raios X, tradicionalmente usados em mamografia. Os raios X apresentam aos médicos um dilema difícil: eles precisam de alta intensidade para detectar cânceres de forma confiável, mas o aumento da radiação em si aumenta o risco de câncer. Como alternativa, está sendo estudada a possibilidade de usar pulsos de laser muito rápidos para obter imagens do tórax e de outras partes do corpo, como o cérebro.
OCT para olhos e mais
Lasers em biologia e medicina têm sido usados em tomografia de coerência óptica (OCT), o que causou uma onda de entusiasmo. Esta técnica de imagem usa as propriedades de um gerador quântico e pode fornecer imagens muito claras (da ordem de um mícron), transversais e tridimensionais de tecido biológico em tempo real. A OCT já é usada em oftalmologia e pode, por exemplo, permitir que um oftalmologista veja uma seção transversal da córnea para diagnosticar doenças da retina e glaucoma. Hoje, a técnica está começando a ser usada também em outras áreas da medicina.
Um dos maiores campos emergentes da OCT é a imagem de fibra óptica das artérias. A tomografia de coerência óptica pode ser usada para avaliar uma placa instável rompida.
Microscopia de organismos vivos
Lasers em ciência, tecnologia, medicina também jogamum papel fundamental em muitos tipos de microscopia. Um grande número de desenvolvimentos foram feitos nesta área, cujo objetivo é visualizar o que está acontecendo dentro do corpo do paciente sem o uso de um bisturi.
A parte mais difícil na remoção do câncer é a necessidade de usar constantemente um microscópio para que o cirurgião possa ter certeza de que tudo é feito corretamente. A capacidade de fazer microscopia ao vivo e em tempo real é um avanço significativo.
Uma nova aplicação dos lasers na engenharia e na medicina é a varredura de campo próximo da microscopia óptica, que pode produzir imagens com resolução muito superior à dos microscópios padrão. Este método é baseado em fibras ópticas com entalhes nas extremidades, cujas dimensões são menores que o comprimento de onda da luz. Isso permitiu a geração de imagens de subcomprimento de onda e lançou as bases para a geração de imagens de células biológicas. O uso desta tecnologia em lasers IR permitirá uma melhor compreensão da doença de Alzheimer, câncer e outras alterações nas células.
PDT e outros tratamentos
Desenvolvimentos na área de fibras ópticas ajudam a ampliar as possibilidades de uso de lasers em outras áreas. Além de permitirem diagnósticos dentro do corpo, a energia da radiação coerente pode ser transferida para onde for necessária. Pode ser usado no tratamento. Os lasers de fibra estão se tornando muito mais avançados. Eles vão mudar radicalmente a medicina do futuro.
Campo da fotomedicina com produtos químicos fotossensíveissubstâncias que interagem com o corpo de uma maneira particular podem usar geradores quânticos para diagnosticar e tratar pacientes. Na terapia fotodinâmica (PDT), por exemplo, um laser e um medicamento fotossensível podem restaurar a visão em pacientes com a forma "úmida" de degeneração macular relacionada à idade, a principal causa de cegueira em pessoas com mais de 50 anos.
Em oncologia, certas porfirinas se acumulam nas células cancerígenas e fluorescem quando iluminadas em um determinado comprimento de onda, indicando a localização do tumor. Se esses mesmos compostos forem iluminados com um comprimento de onda diferente, eles se tornarão tóxicos e matarão as células danificadas.
O laser de gás vermelho hélio-neon é utilizado na medicina no tratamento de osteoporose, psoríase, úlceras tróficas, etc., pois esta frequência é bem absorvida pela hemoglobina e enzimas. A radiação retarda a inflamação, previne a hiperemia e o inchaço e melhora a circulação sanguínea.
Tratamento personalizado
Genética e epigenética são duas outras áreas onde os lasers podem ser usados.
No futuro, tudo acontecerá em nanoescala, o que nos permitirá fazer medicina na escala da célula. Lasers que podem gerar pulsos de femtossegundos e sintonizar comprimentos de onda específicos são parceiros ideais para profissionais médicos.
Isso abrirá as portas para o tratamento personalizado com base no genoma individual do paciente.
Leon Goldman - o fundadormedicina a laser
Falando no uso de geradores quânticos no tratamento de pessoas, não se pode deixar de mencionar Leon Goldman. Ele é conhecido como o "pai" da medicina a laser.
Já um ano depois de inventar a fonte coerente de radiação, Goldman se tornou o primeiro pesquisador a usá-la para tratar doenças de pele. A técnica que o cientista usou abriu caminho para o desenvolvimento subsequente da dermatologia a laser.
Sua pesquisa em meados da década de 1960 levou ao uso do gerador quântico rubi em cirurgias de retina e descobertas como a capacidade da radiação coerente de cortar simultaneamente a pele e selar os vasos sanguíneos, limitando o sangramento.
Goldman, dermatologista da Universidade de Cincinnati durante a maior parte de sua carreira, fundou a Sociedade Americana de Lasers em Medicina e Cirurgia e ajudou a estabelecer as bases para a segurança do laser. Faleceu em 1997
Miniaturização
Os primeiros geradores quânticos de 2 mícrons eram do tamanho de uma cama dupla e eram resfriados com nitrogênio líquido. Hoje, surgiram lasers de diodo do tamanho da palma da mão e lasers de fibra ainda menores. Essas mudanças abrem caminho para novas aplicações e desenvolvimentos. A medicina do futuro terá lasers minúsculos para cirurgia cerebral.
Devido ao progresso tecnológico, há uma redução constante de custos. Assim como os lasers se tornaram comuns em eletrodomésticos, eles começaram a desempenhar um papel fundamental em equipamentos hospitalares.
Se os primeiros lasers na medicina fossem muito grandes ecomplexa, a produção atual de fibra óptica reduziu significativamente o custo, e a transição para a nanoescala reduzirá ainda mais os custos.
Outros usos
Os urologistas podem tratar estenose uretral, verrugas benignas, cálculos urinários, contratura da bexiga e aumento da próstata com lasers.
O uso do laser na medicina permitiu aos neurocirurgiões fazer incisões precisas e exames endoscópicos do cérebro e da medula espinhal.
Os veterinários utilizam lasers para procedimentos endoscópicos, coagulação tumoral, incisões e terapia fotodinâmica.
Os dentistas usam radiação coerente para fazer furos, cirurgia de gengiva, procedimentos antibacterianos, dessensibilização dentária e diagnósticos orofaciais.
Pinça a laser
Pesquisadores biomédicos em todo o mundo usam pinças ópticas, classificadores de células e muitas outras ferramentas. As pinças a laser prometem um diagnóstico de câncer melhor e mais rápido e têm sido usadas para capturar vírus, bactérias, pequenas partículas metálicas e fitas de DNA.
Nas pinças ópticas, um feixe de radiação coerente é usado para segurar e girar objetos microscópicos, semelhante à forma como as pinças de metal ou plástico podem pegar objetos pequenos e frágeis. Moléculas individuais podem ser manipuladas anexando-as a lâminas de tamanho mícron ou esferas de poliestireno. Quando o feixe atinge a bola, elacurva e tem um leve impacto, empurrando a bola direto para o centro da trave.
Isso cria uma "armadilha óptica" capaz de prender uma pequena partícula em um feixe de luz.
Laser na medicina: prós e contras
A energia da radiação coerente, cuja intensidade pode ser modulada, é utilizada para cortar, destruir ou alterar a estrutura celular ou extracelular dos tecidos biológicos. Além disso, o uso de lasers na medicina, em suma, reduz o risco de infecção e estimula a cicatrização. O uso de geradores quânticos em cirurgias aumenta a precisão da dissecção, porém, são perigosos para gestantes e há contraindicações para o uso de drogas fotossensibilizantes.
A estrutura complexa dos tecidos não permite uma interpretação inequívoca dos resultados das análises biológicas clássicas. Os lasers na medicina (foto) são uma ferramenta eficaz para a destruição de células cancerígenas. No entanto, poderosas fontes de radiação coerente atuam indiscriminadamente e destroem não apenas os afetados, mas também os tecidos circundantes. Esta propriedade é uma importante ferramenta na técnica de microdissecção utilizada para realizar análises moleculares em um sítio de interesse com a capacidade de destruir seletivamente o excesso de células. O objetivo desta tecnologia é superar a heterogeneidade presente em todos os tecidos biológicos para facilitar seu estudo em uma população bem definida. Nesse sentido, a microdissecção a laser tem contribuído significativamente para o desenvolvimento de pesquisas, para a compreensãomecanismos fisiológicos que hoje podem ser claramente demonstrados ao nível de uma população e até de uma única célula.
A funcionalidade da engenharia de tecidos hoje se tornou um fator importante no desenvolvimento da biologia. O que acontece se as fibras de actina forem cortadas durante a divisão? Um embrião de Drosophila será estável se a célula for destruída durante o dobramento? Quais são os parâmetros envolvidos na zona de meristema de uma planta? Todos esses problemas podem ser resolvidos com lasers.
Nanomedicina
Recentemente, muitas nanoestruturas surgiram com propriedades adequadas para uma variedade de aplicações biológicas. Os mais importantes são:
- pontos quânticos são minúsculas partículas emissoras de luz do tamanho de nanômetros usadas em imagens celulares altamente sensíveis;
- nanopartículas magnéticas que encontraram aplicação na prática médica;
- partículas de polímero para moléculas terapêuticas encapsuladas;
- nanopartículas metálicas.
O desenvolvimento da nanotecnologia e o uso do laser na medicina, em suma, revolucionou a forma como os medicamentos são administrados. Suspensões de nanopartículas contendo drogas podem aumentar o índice terapêutico de muitos compostos (aumentar a solubilidade e eficácia, reduzir a toxicidade) por afetar seletivamente os tecidos e células afetados. Eles fornecem o ingrediente ativo e também regulam a liberação do ingrediente ativo em resposta à estimulação externa. A nanoteranóstica é maisuma abordagem experimental que permite o uso duplo de nanopartículas, compostos de drogas, terapia e ferramentas de diagnóstico por imagem, abrindo caminho para o tratamento personalizado.
O uso de lasers em medicina e biologia para microdissecção e fotoablação possibilitou a compreensão dos mecanismos fisiológicos do desenvolvimento da doença em diferentes níveis. Os resultados ajudarão a determinar os melhores métodos de diagnóstico e tratamento para cada paciente. O desenvolvimento da nanotecnologia em estreita ligação com os avanços da imagem também será indispensável. A nanomedicina é uma nova forma promissora de tratamento para certos tipos de câncer, doenças infecciosas ou diagnósticos.
