SE: fizikai Nobel-díjas technológiákkal

Miként lökődik ki a DNS a vírusból fertőzés közben és milyen összefüggések lehetnek a szívizomelégtelenség és a titin nevű óriásfehérje mutációi között? – egyebek mellett ezekre a kérdésekre is lézercsipesz segítségével keresik a válaszokat a Semmelweis Egyetem Biofizikai és Sugárbiológiai Intézetében. A lézertechnológia egy másik fajtáját eközben az egyetem Szemészeti Klinikáján egészen másra használják: dr. Nagy Zoltán Zsolt igazgató tíz éve itt végzett a világon elsőként szürkehályogműtétet a rendkívül pontos vágásokat lehetővé tévő femtolézerrel. Ez az a két lézertechnológiai vívmány, amelyet fizikai Nobel-díjjal jutalmaztak az idén. A három díjazott Arthur Ashkin, Gérard Mourou és Donna Strickland december 10-én vehetik át az elismerést.

A Biofizikai és Sugárbiológiai Intézetben jelenleg két lézercsipesz-berendezést is használnak. A régebbi eszközt dr. Kellermayer Miklós igazgató készítette és hozta magával Pécsről tíz évvel ezelőtt; ez volt a Semmelweis Egyetem első lézercsipesze. Idén márciusban e mellé beszereztek egy új eszközt is, amely holland kutatók munkája, és ötvözhető a fluoreszcencia mikroszkóppal.

Dr. Kellermayer Miklós a lézercsipesszel

A lézercsipesz vagy optikai csipesz lényege, hogy akár egyetlen molekula megfogható vele és ezáltal önállóan vizsgálható a mechanikája; megmérhető a rugalmassága, vagy éppen az, hogy a molekulák közötti kölcsönhatásokban milyen erők léphetnek fel. Az idei fizikai Nobel-díjas Arthur Ashkin 1970-ben közölte az első cikket magáról a jelenségről, vagyis, hogy mikroszkópikus részecskéket meg lehet ragadni, „csapdázni” a fókuszált lézerfénnyel, ami hatalmas szenzációnak számított – ismertette dr. Kellermayer Miklós. A felfedezés biológiai alkalmazásával kapcsolatos munka a ’90-es évek elején kezdődött el, amelyben fr. Kellermayer Miklósnak is aktív szerepe volt a Washington State University posztdoktori ösztöndíjasaként. 1995-ben itt építette az első lézercsipeszét, és kutatócsoportjával az elsők között volt, aki a lézernyaláb segítségével meg tudott fogni és kigombolyítani egyetlen fehérjemolekulát, nevezetesen a titint, megvizsgálva rugalmasságát.

A lézercsipesz berendezés egyébként egy nagyon összetett szerkezet, amely számos technológiát ötvöz az optikán, elektronikán, piezós mozgatáson át a mikrofluidikáig és számítástechnikáig. A kutató joystickel vagy egy egérhez hasonló szerkezettel irányítja a folyamatot, és minden a képernyőn követhető. A vizsgálni kívánt molekulát különböző eljárásokkal két-három mikrométeres átmérőjű polimer gyöngyhöz kapcsolják, ami fogantyúként működik, tulajdonképpen ennek segítségével ragadják meg a molekulát.

Jelenleg az intézetben a már említett titin mellett leginkább a DNS-el kapcsolatos jelenségeket vizsgálják. A bakteriofágok (baktériumokat fertőző vírusok) jelentős része kettős szálú DNS-t tartalmaz, amely kis tokban (kapszidburokban) található. Amikor fertőz a bakteriofág, akkor kilökődik ez a DNS. Ha megismerjük, hogy miként történik ez a kilökődés, vagyis miként fertőz a vírus, vélhetően azt is megértjük, hogy lehetne megállítani ezt a folyamatot, megakadályozni a vírusfertőzést – magyarázza dr. Kellermayer Miklós.

A másik fő irány a titin vizsgálata, amelynek feladata van a szívizom ritmikus összehúzódásában is. A közelmúltban vált ismertté, hogy a titin mutációinak szerepe lehet a szívelégtelenséghez vezető kardiomiopátiában is, így az elsődleges cél most ennek a kapcsolatnak a vizsgálata, megértése.

Gérard Mourou-nak és Donna Stricklandnak a nagy intenzitású, ultra-rövid lézerimpulzusok előállításáért ítélték oda a Nobel-díjat. Ez a lézertechnológia alapozta meg az elsősorban a szemészeti műtéteknél használt femtoszekundumos lézerek előállítását, melynek kidolgozása két magyar fizikusprofesszor, dr. Juhász Tibor és dr. Bor Zsolt munkájának köszönhető. Mára már betegek millióinál használták ezt a technológiát szaruhártya-, LASIK-műtétek és a szemlencse műtétek során.

A világ első femtolézeres szürkehályogműtétjét a Semmelweis Egyetem Szemészeti Klinikáján végezte el dr. Nagy Zoltán Zsolt igazgató 2008 augusztusában. Mint felidézte, az Amerikai Szemészeti Akadémia New Orleans-i konferenciáján találkozott Juhász Tibor professzorral, aki felajánlotta neki az általuk kifejlesztett femtolézer készülék első prototípusának kipróbálását. Először a szürkehályog-műtét első lépéséhez, az ún. kapszulorexis (kerek alakú metszés a szemlencse elülső tokján) kialakításához használták a femtolézert, már az első alkalommal sikerrel.

 Dr. Nagy Zoltán Zsolt a szemészeti klinikán

A további fejlesztések eredményeként ma már a számítógép által vezérelt femtolézer a hályogműtét első három lépését (a műtét előkészítő szakaszához tartozó, említett kapszulorexist, a lencse szükséges darabolását és a szaruhártyaseb elkészítését) teszi automatizálttá, biztonságosabbá, kiküszöbölve a beteg véletlen szemmozgásából adódó problémákat, nagyban segítve ezzel a sebész munkáját – ismertette dr. Nagy Zoltán Zsolt. 

Bár a lézerek felhasználásában mindig is úttörő volt a szemészet, a korábbi technológiákat a szürkehályog-műtétekben nem tudták alkalmazni, ugyanis ezek során különösen finom, egy mikrométeren (a milliméter ezredrésze) belüli metszéseket kell ejteni. A femtolézert ugyanakkor nagyon jól lehet fókuszálni, egy mikron mélységben tud metszést kialakítani, illetve köralakú üregeket képezni a szaruhártya felületében, és ha egymás mellé tesszük ezeket a lézerimpulzusokat, akkor egy vágási felszín keletkezik – részletezte az igazgató, hozzátéve, hogy a lézer 20-30-szor pontosabb vágást tud ejteni, mint az emberi kéz.

Az első műtét óta már több mint ezer ilyen beavatkozást végeztek a Szemészeti Klinikán, de mivel igen költséges a technológia, a napi gyakorlatban továbbra is a szintén korszerű ultrahangtechnikát alkalmazzák.

Fotó: Kovács Attila – Semmelweis Egyetem