Budoucnost medicíny: Terahertzové vlny nabízejí neinvazivní diagnostiku rakoviny a detailní pohled do buněk

Biophotonika, multidisciplinární obor, který se zabývá vývojem a aplikací technologií založených na světle ke studiu, monitorování a léčbě biologických systémů, zažívá v posledních letech významný pokrok.

Biophotonika, multidisciplinární obor, který se zabývá vývojem a aplikací technologií založených na světle ke studiu, monitorování a léčbě biologických systémů, zažívá v posledních letech významný pokrok. Zvláštní pozornost si v tomto kontextu získává terahertzová (THz) oblast elektromagnetického spektra, která slibuje revoluční možnosti v biologickém výzkumu a lékařském zobrazování.

Terahertzové frekvence jsou spojeny s řadou základních biologických procesů. Ačkoliv je THz záření silně absorbováno vodou – což bylo dříve považováno za omezení – tato vlastnost se nyní ukazuje jako klíčová pro citlivou charakterizaci stavu hydratace a obsahu vody v tkáních. Oproti viditelnému světlu navíc THz vlny dokáží účinněji pronikat některými biologickými tkáněmi, což umožňuje neinvazivní, nedestruktivní a bezkontaktní měření s citlivostí na molekulární „otisky prstů“.

Navzdory stabilnímu pokroku však zavádění THz biophotoniky stále zaostává za technikami založenými na viditelném světle, pokud jde o přímé pozorování buněčné a molekulární dynamiky. Hlavními překážkami jsou relativně nízké prostorové rozlišení (důsledek delších THz vlnových délek), vysoká citlivost na vodu, která komplikuje měření, pomalejší rychlost zobrazování a objemné přístroje. Nedávný vývoj však naznačuje silný budoucí potenciál.

Docent Kazunori Serita z japonské Waseda University a profesor Masayoshi Tonouchi z Okayama University proto představili komplexní přehled, který shrnuje současné úsilí o řešení těchto omezení a zlepšení adopce THz biophotoniky. Jejich studie, publikovaná v Journal of Physics Photonics, zdůrazňuje, že THz biophotonika je fascinující oblastí výzkumu pro biomedicínské technologie nové generace, která se postupně přesouvá z teoretických konceptů k praktickým aplikacím.

Mezi oblasti s velkým potenciálem pro brzké uplatnění patří diagnostika rakoviny kůže, kde THz zobrazování získává pozornost díky své citlivosti na složení tkání a postupuje směrem ke klinickým studiím. Dále se THz zobrazování stále častěji využívá při hodnocení ran a má vysoký potenciál pro praktické klinické uplatnění při posuzování okrajů nádorů u rakoviny prsu, což by mohlo zjednodušit současné postupy. Přehled také zmiňuje aplikace v objevování léků a farmaceutické analýze.

Kromě těchto oblastí identifikuje studie i nové směry, jako je THz zobrazování jednotlivých buněk, molekulární THz studie, diagnostika vnitřních orgánů (včetně gastrointestinálního a dýchacího systému) a THz analýza krve. Zmiňuje také budoucí technologie, které umožní THz pozorování buněk a molekul za fyziologických podmínek, včetně nedávno vyvinuté technologie „bodového terahertzového zdroje“. THz měřicí technologie mohou přinést prospěch nejen medicíně, ale i široké škále průmyslových odvětví, včetně objevování léků, kontroly potravin, monitorování životního prostředí, hodnocení polovodičů a biotechnologií.