Những tiến bộ của công nghệ terahertz trong khoa học thần kinh

Bản tóm tắt

Sóng Terahertz (THz) nằm trong phạm vi giữa vùng vi sóng và hồng ngoại trong phổ điện từ. Công nghệ THz đã được chứng minh là có tiềm năng đầy hứa hẹn cho các ứng dụng y sinh. Khám phá tác dụng sinh học của sóng THz đã nổi lên như một lĩnh vực mới quan trọng trong khoa học đời sống. Điều quan trọng là phải khám phá tác động của sóng THz lên các hệ thống sinh học phức tạp để đặt ra khuôn khổ cho sự phát triển công nghệ THz và các ứng dụng trong tương lai. Cụ thể, bức xạ THz đã được chứng minh là có ảnh hưởng đến hệ thần kinh, bao gồm cấu trúc màng tế bào thần kinh, biểu hiện gen và mức độ cytokine. Trong bài đánh giá này, chúng tôi chủ yếu thảo luận về tác động và cơ chế sinh học của sóng THz lên hệ thần kinh ở cấp độ sinh vật, tế bào và phân tử. Các triển vọng ứng dụng trong tương lai của công nghệ THz trong khoa học thần kinh cũng được nêu bật và đề xuất.

Lĩnh vực chuyên môn: Vật lý bức xạ, Khoa học thần kinh, Kỹ thuật y sinh

Jun Zhang , 1, 2 Song Li , 1 và Weidong Le 1, 3, ∗

Giới thiệu

Sóng Terahertz (THz) là sóng điện từ có dải tần số 0,1–10 THz (1 THz = 10 12 Hz) và bước sóng 0,03–3 mm (Hình 1). Do hệ thống phát, truyền và phát hiện sóng THz còn non nớt nên dải tần này từng được gọi là “Khoảng cách THz” trong phổ điện từ (Globus, 2016 ; Smye et al., 2001). Với sự tiến bộ đầy hứa hẹn của các phương pháp khoa học về vật liệu và quang học từ những năm 1980, khoảng cách này đã được lấp đầy, dẫn đến sự phát triển và tiến bộ nhanh chóng của công nghệ THz.

Hình 1. Dải Terahertz trong phổ điện từ và sự chuyển tiếp phân tử liên quan đến nó

Sóng THz là một loại bức xạ mới với một số ưu điểm khác biệt, bao gồm các tính chất lượng tử và điện tử, tính năng không ion hóa và dễ bị nước hấp thụ (Kristensen và cộng sự, 2010). Sóng THz mang lại những lợi ích sau về mặt ứng dụng:

• Thứ nhất, chẳng hạn, sóng THz có độ thấm cao đối với nhiều loại vật liệu, cho phép chúng được sử dụng để phát hiện không phá hủy (Mao và cộng sự, 2020).
• Thứ hai, các photon THz có năng lượng thấp, có nghĩa là chúng sẽ không gây ion hóa hoặc gây tổn hại cho mô, khiến chúng trở nên lý tưởng để phát hiện trực tiếp cơ thể người hoặc các mẫu sinh học (Sun và cộng sự, 2018).
• Thứ ba, hình ảnh THz có thể được sử dụng để phát hiện khối u vì hàm lượng nước trong các mô khối u khác rất nhiều so với các mô bình thường (Chen và cộng sự, 2011 ; Yamaguchi và cộng sự, 2016).
• Thứ tư, độ kết hợp cao của sóng THz hỗ trợ việc xác định chiết suất và hệ số hấp thụ chính xác của mẫu (Han và cộng sự, 2018).

Do đó, công nghệ THz đã cho thấy tiềm năng ứng dụng đầy hứa hẹn trong nhiều lĩnh vực trong tương lai, bao gồm truyền thông, kiểm tra an ninh và y sinh (Ghafoor và cộng sự, 2020 ; Son và cộng sự, 2019 ; Tzydynzhapov và cộng sự, 2020). Cụ thể hơn, trong khoa học thần kinh, công nghệ THz đã được sử dụng như một công cụ để phân biệt giữa các khối u não lành tính và ác tính (Ji và cộng sự, 2016 ; Oh và cộng sự, 2014 ; Wu và cộng sự, 2019).

Trong thập kỷ qua, ngày càng có nhiều bằng chứng tiết lộ những hậu quả vật lý của bức xạ THz đối với cấu trúc và chức năng của hệ thần kinh, đồng thời dự đoán một triển vọng đầy hứa hẹn của THz cho nghiên cứu khoa học thần kinh và thực hành lâm sàng về thần kinh học. Trong bài đánh giá này, chúng tôi tóm tắt các cơ chế sinh học ngắn gọn của bức xạ THz và nêu bật những tiến bộ nghiên cứu gần đây về tác động sinh học của sóng THz đối với hệ thần kinh. Các ứng dụng của công nghệ THz trong khoa học thần kinh sẽ được thảo luận sâu hơn.

Tác dụng của bức xạ Terahertz lên hệ thần kinh

Ảnh hưởng của sóng Terahertz đến bệnh nhân và mô hình động vật mắc bệnh thần kinh

Hệ thần kinh dễ bị tổn thương hơn trước các kích thích ngoại sinh của sóng THz do cơ sở hoạt động chức năng của nó là điện sinh học. Liệu pháp THz có thể được sử dụng trong các tình trạng thần kinh khác nhau để cải thiện các triệu chứng bệnh hoặc giải cứu các bệnh lý bệnh, giống như liều vật lý trị liệu đó.

Ví dụ, Reukov và cộng sự điều trị bệnh nhân bị đột quỵ do thiếu máu cục bộ cấp tính bằng cách sử dụng bức xạ hồng ngoại được điều chế bằng tần số THz (Reukov và cộng sự, 2016). Sóng THz (0,02–8 THz, 2,4 mW/cm 2 , 22,5 phút) được sử dụng để kích thích huyệt Bách Hội trên đỉnh đầu, đây là một trong những khu vực quan trọng nhất để điều chỉnh hoạt động thần kinh mạch máu (Wang et al. , 2014). Bệnh nhân trong nhóm THz tỉnh lại và cải thiện các triệu chứng thần kinh nhanh hơn so với nhóm đối chứng. Nhiệt độ mô không tăng quá 0,1°C trong toàn bộ quá trình chiếu sóng, cho thấy tác dụng không sinh nhiệt của liệu pháp THz. Cải thiện việc cung cấp oxy trong não bằng cách tăng lượng oxy trong máu, thúc đẩy trẻ hóa tế bào thần kinh đều là những cơ chế cơ bản có thể mang lại kết quả có lợi của liệu pháp bức xạ THz.

Trong cơ thể sống, các oxit nitơ có thể cộng hưởng với sóng THz được tạo ra bởi laser NO có phạm vi 150,176–150,664 GHz. Oxit nitric có thể điều chỉnh các quá trình sinh lý, sinh lý bệnh và sinh hóa. Bức xạ THz có thể ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương và hoạt động hành vi của động vật. Trong điều kiện căng thẳng, bức xạ THz (dải tần số NO, 150,17–150,664 GHz, 0,2 mW/cm², 30 phút) có thể ngăn chặn một cách hiệu quả những thay đổi trong hoạt động ngang và dọc cũng như hành vi khám phá ở chuột đực (Kirichuk và cộng sự, 2014). Ngược lại, chiếu xạ THz (3,6 THz, 23,6 mW/cm², 30 phút) làm tăng mức độ lo lắng của động vật (Bondar và cộng sự, 2008).

Trong thí nghiệm về bức xạ THz (dải tần số 150,17–150,664 GHz, 3 mW/cm², 60 phút), người ta phát hiện ra rằng bức xạ THz gây ra trầm cảm ở chuột (Kirichuk và cộng sự, 2009). Những con chuột đực tiếp xúc với bức xạ THz cường độ thấp (167 GHz, 5 ngày) có thể duy trì khả năng khám phá tự nhiên của chúng. Tuy nhiên, khi tần số chỉ giảm xuống 144 GHz, các động vật thí nghiệm thể hiện hành vi lo lắng, giảm cảm giác thèm ăn và thời gian ngủ cũng như hành vi hung hăng (Kirichuk và Ivanov, 2013). Bức xạ THz có nhiều hiệu ứng phụ thuộc vào tần số. Trên các tần số khác nhau của sóng THz, động vật thí nghiệm cho thấy những thay đổi hành vi khác nhau. Ảnh hưởng của bức xạ THz lên hệ thần kinh in vivo được thể hiện ở Bảng 1.

Bảng 1. Ảnh hưởng của bức xạ THz đến hệ thần kinh trong cơ thể

Mô hình in vivo	Tần số (THz)	Cường độ, (mW/ cm2 )	Thời gian phơi nhiễm	Hiệu ứng hành vi	Thẩm quyền giải quyết
CON NGƯỜI Chủ thể con người	0,02–8 THz	2,4 mW/ cm2	22,5 phút	Cải thiện các triệu chứng khuyết tật thần kinh	( Reukov và cộng sự, 2016 )
Chuột bạch đực	0,15 THz	0,2 mW/ cm2	30 phút	Cải thiện những bất thường về hành vi	( Kirichuk và cộng sự, 2014 )
Chuột bạch đực	0,15 THz	3 mW/ cm2	60 phút	Gây ra dấu hiệu trầm cảm.	( Kirichuk và cộng sự, 2009 )
Chuột đực	0,167 THz	ns	5 ngày	Duy trì khả năng bình thường để khám phá những điều mới	( Kirichuk và Ivanov, 2013 )
Chuột đực	0,144 THz	ns	5 ngày	Tăng hành vi lo lắng và hung hăng, giảm cảm giác thèm ăn và thời gian ngủ	( Kirichuk và Ivanov, 2013 )
CHUỘT chuột đực	3,6 THz	23,6 mW/ cm2	30 phút	Tăng mức độ lo lắng của động vật	( Bondar và cộng sự, 2008 )

Tác dụng của bức xạ Terahertz lên tế bào thần kinh

Olshevskaya đã báo cáo sự thay đổi về độ bám dính màng tế bào và cấu trúc sợi trục ở các tế bào thần kinh lymnaea stagnalis bị cô lập tiếp xúc với bức xạ THz (0,72 THz, 10–20 mW/cm², 60 phút) (Olshevskaya và cộng sự, 2008).

Những thay đổi về cấu trúc ở màng soma, sợi trục và tế bào hình nón phát triển đã được quan sát thấy sau khi THz chiếu xạ các tế bào thần kinh tương tự (3,68 THz, 10–20 mW/cm², 60 phút). Các hiệu ứng bức xạ sinh học được mô tả ở trên hầu hết xảy ra trong giai đoạn đầu phát triển tế bào thần kinh. Các tế bào hình nón phát triển của tế bào thần kinh chủ yếu bị phá hủy ở giai đoạn sau của quá trình phát triển của tế bào thần kinh, làm gián đoạn các liên hệ giữa tế bào thần kinh (Olshevskaya và cộng sự, 2008).

Khi sử dụng cùng một tế bào thần kinh, người ta thấy rằng mức độ chết của tế bào thay đổi tùy thuộc vào tần số và mật độ năng lượng của bức xạ THz (Cherkasova và cộng sự, 2020). Ở bức xạ THz công suất cao (30 mW/cm²) , tế bào chết xảy ra 2 giờ sau khi chiếu xạ với tần số và thời gian phơi nhiễm không đổi (2,3 THz, 1 phút). Mặt khác, bức xạ THz năng lượng thấp (3 mW/cm²) thúc đẩy đáng kể khả năng sống sót của tế bào. Hơn nữa, bức xạ THz với công suất thấp hơn nhiều (0,3 mW/cm²) đã cải thiện khả năng sống sót của tế bào.

Tsurkan áp dụng bức xạ xung băng thông rộng THz (tần số: 0,05–2 THz, mật độ công suất: 0,5–50 μW/cm²) vào hạch cảm giác của phôi gà và nhận thấy tốc độ tăng trưởng hạch tăng tốc ở mức 0,5 nhưng không phải 5 và 50 μW/cm² (Tsurkan et cộng sự, 2012). Điều thú vị là trong quá trình thí nghiệm, nhiệt độ của mẫu không đổi, cho thấy hiệu ứng phi nhiệt của bức xạ THz.

Việc chiếu xạ sóng THz băng thông rộng lên tế bào PC12 dẫn đến những thay đổi về hình dạng và độ dài của các khớp thần kinh, chứng tỏ kích thích sự phát triển của dây thần kinh (Romanenko và cộng sự, 2020). Những phát hiện này cho thấy bức xạ THz có cả tác dụng kích thích và ức chế lên các tế bào thần kinh. Tác động của bức xạ THz lên tế bào tỷ lệ thuận với công suất chiếu xạ và những thay đổi này có thể liên quan đến sự điều hòa phân tử hoặc thay đổi cấu trúc trong từng tế bào thần kinh.

Bức xạ THz (2,3 THz; cường độ trung bình, 0,5 đến 20 mW/cm², 0,6 phút) được áp dụng cho tế bào thần kinh, làm tăng tính thấm của màng tế bào cho phép thuốc nhuộm hợp chất không thấm nước đi vào tế bào chất (Cherkasova và cộng sự, 2020).

Khi tần số bức xạ được điều chỉnh thành 2,0 THz, hầu hết các tế bào tiếp xúc không thay đổi nhiều (Cherkasova và cộng sự, 2020). Chỉ một số tế bào thần kinh riêng lẻ được nhuộm màu đồng nhất và có điện thế màng thấp hoặc không có, có thể so sánh với những tế bào được thấy trong đối chứng. Kết quả là sự thay đổi tính thấm của màng tế bào phụ thuộc vào tần số bức xạ THz.

Các tác động sinh học được mô tả ở trên xảy ra mà nhiệt độ môi trường xung quanh không tăng rõ rệt, chứng tỏ hiệu ứng phi nhiệt do bức xạ THz quá mức gây ra. Nó đặt nền tảng cho việc sử dụng công nghệ THz trong tương lai trong việc điều chỉnh sự vận chuyển các hợp chất cụ thể.

Trong các tế bào u tế bào ưa crôm giống tế bào thần kinh PC12, bức xạ THz (0,3–19,5 THz, 10 phút) có thể làm tăng tính thấm của màng (Perera và cộng sự, 2019). Sự đi qua của các hạt nano silica (d = 23,5 nm) và cụm của chúng (d ≈ 63,9 nm) qua màng tế bào được quan sát bằng kính hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao (Perera et al., 2019). Khoảng 95% tế bào PC12 có thể tiếp nhận các hạt nano silica sau khi chiếu xạ THz, so với chỉ 4,5% tế bào PC12 không được chiếu xạ THz. Những phát hiện này đã làm sáng tỏ việc cung cấp thuốc nano và liệu pháp gen với sự hỗ trợ của công nghệ THz.

Bức xạ THz (0,12–0,18 THz, 3,2 mW/cm²) được sử dụng để kiểm tra độc tính tế bào của tế bào thần kinh đệm chuột. Số lượng tế bào apoptotic tương đối là 1,5, 1,8 và 2,4 lần ở phút chiếu xạ đầu tiên, thứ ba và thứ năm (Borovkova et al., 2017). Sự gia tăng nhiệt độ môi trường xung quanh tế bào là dưới 0,1°C (Borovkova và cộng sự, 2017).

Xem xét khả năng gây độc tế bào trên tế bào thần kinh, độ an toàn sinh học của bức xạ THz đáng được quan tâm hơn. Cần nhiều nghiên cứu hơn trong tương lai để xác định ngưỡng an toàn sinh học của bức xạ THz. Ảnh hưởng của bức xạ THz lên tế bào thần kinh được thể hiện ở bảng 2.

Bảng 2. Ảnh hưởng của bức xạ THz đến tế bào trong ống nghiệm

Nghiên cứu tế bào trong ống nghiệm	Tần số (THz)	Cường độ, (mW/ cm2 )	Thời gian phơi nhiễm	Các hiệu ứng	Thẩm quyền giải quyết
Tế bào thần kinh của L. stagnalis	0,72 THz	10–20 mW/ cm2	60 phút	Thay đổi độ bám dính của màng tế bào	( Olshevskaya và cộng sự, 2008 )
	3,68 THz	10–20 mW/ cm2	60 phút	Phá hủy các tế bào nón phát triển, phá vỡ các kết nối thần kinh.	( Cherkasova và cộng sự, 2020 )
	2,3 THz	30 mW/ cm2	1 phút	Sự chết tế bào xảy ra 2 giờ sau khi chiếu xạ	( Cherkasova và cộng sự, 2020 )
	2,3 THz	3 mW/ cm2	1 phút	Sự chết tế bào xảy ra 3 giờ sau khi chiếu xạ	( Cherkasova và cộng sự, 2020 )
	2,3 THz	0,3mW/ cm2	1 phút	Thay đổi màng	( Cherkasova và cộng sự, 2020 )
	2,3 THz	0,5 đến 20 mW/ cm2	0,6 phút	Thay đổi tính thấm của màng tế bào	( Cherkasova và cộng sự, 2020 )
Hạch cảm giác của phôi gà	0,5 THz	0,5–50 W/ cm2	3 phút	Tăng tốc độ tăng trưởng hạch	( Tsurkan và cộng sự, 2012 )
Tế bào PC12	ns	ns	ns	Thay đổi hình dạng và độ dài của khớp thần kinh	( Romanenko và cộng sự, 2020 )
Tế bào u tế bào ưa crôm giống tế bào thần kinh PC12	0,3–19,5 THz	ns	10 phút	Thay đổi tính thấm của màng tế bào	( Perera và cộng sự, 2019 )
Tế bào thần kinh đệm	0,12–0,18 THz,	3,2 mW/ cm2	5 phút	Tế bào chết	( Borovkova và cộng sự, 2017 )
Tế bào thần kinh nuôi cấy sơ cấp	0,16–0,17 THz	ns	6 phút, 10 phút	Thay đổi chất dẫn truyền thần kinh	( Tân và cộng sự, 2019 )

Cơ chế sinh học liên quan đến sóng Terahertz

Năng lượng của sóng THz thấp tới vài milivolt và cơ chế tác động của chúng lên sinh vật sống hoàn toàn khác với cơ chế tác động của bức xạ điện từ năng lượng cao và có sức hủy diệt không thể đảo ngược, chẳng hạn như tia X và tia gamma. Hiệu ứng nhiệt và phi nhiệt là hai loại hiệu ứng cơ bản của cơ chế sinh học đối với bức xạ THz.

Hiệu ứng nhiệt

Hiệu ứng nhiệt của bức xạ THz thường được quan sát bằng cách sử dụng phương pháp bức xạ THz năng lượng cao vì bức xạ THz có năng lượng photon thấp khoảng 0,3 meV và không gây ra sự gia tăng nhiệt độ đáng kể trong vật chất sinh học (Dalzell et al., 2010 ; Wilmink và cộng sự, 2011). Môi trường sinh học bao gồm nước có khả năng hấp thụ bức xạ THz chắc chắn và chuyển đổi năng lượng bức xạ được hấp thụ thành năng lượng nhiệt, dẫn đến hiệu ứng nhiệt (Kristensen và cộng sự, 2010).

Hiệu ứng nhiệt của bức xạ sóng THz bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm tần số, kích thước điểm, thời gian phơi nhiễm, mật độ công suất bức xạ và cấu hình chùm tia của phơi nhiễm THz, cũng như chỉ số khúc xạ, tốc độ hấp thụ và tốc độ tán xạ của các mô sinh học. (Wilmink và Grundt, 2011).

Dải tần số của sóng THz chứa các dạng dao động kéo giãn và uốn cong của liên kết hydro giữa các phân tử nước. Sự hấp thụ đáng kể sóng THz của nước được thúc đẩy bởi các mô hình rung này (Suzuki và cộng sự, 2009). Kết quả là nếu không có cơ chế chuyển đổi năng lượng nêu trên thì nhiệt độ của vật thể được chiếu sóng THz sẽ trực tiếp tăng lên.

Hiệu ứng nhiệt trong các mô sinh học thường dẫn đến thoái hóa protein cấu trúc, chết tế bào, đông máu mô, kích hoạt phản ứng căng thẳng nội bào và rối loạn chức năng cơ quan (Dalzell và cộng sự, 2010 ; Wilmink và Grundt, 2011 ; Wilmink và cộng sự, 2011). Do đó, hiệu ứng nhiệt rất quan trọng để xác định các nguyên tắc an toàn băng tần THz.

Hiệu ứng nhiệt của bức xạ THz lên sinh vật rất khác nhau, tùy theo loại cơ quan, mô, tế bào và thời gian tiếp xúc (Wilmink và Grundt, 2011). Sự thay đổi nhiệt độ thường ở cấp độ vĩ mô, tương quan với môi trường vi mô của sinh vật, bao gồm hàm lượng nước, cân bằng axit-bazơ, chuyển hóa năng lượng, v.v. (Wilmink và Grundt, 2011). Các mô khác nhau phản ứng với bức xạ THz theo những cách khác nhau do tính phức tạp và biến đổi của các yếu tố này. Mặc dù vậy, tất cả các mô sinh học đều có phản ứng tương đương với bức xạ sóng THz.

Hiệu ứng phi nhiệt

So với hiệu ứng nhiệt, hiệu ứng phi nhiệt của sóng THz phức tạp hơn nhiều và đáng được nghiên cứu kỹ lưỡng. Hiệu ứng phi nhiệt được bộc lộ khi nhiệt độ bức xạ được kiểm soát.

Frohlich là người đầu tiên đề xuất khái niệm “các trạng thái kết hợp” (Fedorov và cộng sự, 2003 ; Fröhlich, 1980), đây là thời điểm bước ngoặt cho lý thuyết về các tác động phi nhiệt của bức xạ điện từ. Bức xạ THz chủ yếu tương tác với các liên kết hydro trong phân tử sinh học (Fischer và cộng sự, 2002), tạo ra các rung động nội phân tử tần số thấp gây ra thay đổi cấu trúc protein (Cherkasova và cộng sự, 2009).

Bức xạ THz có thang năng lượng gần với thang năng lượng của liên kết hydro, do đó người ta cho rằng các trường điện từ không ion hóa như vậy có thể có tác động đáng kể đến tế bào và phân tử sinh học (Goodman và Blank, 2002). Những chuyển động này thường xảy ra ở phạm vi THz (0,1–2 THz) (Scaramozzino và cộng sự, 2020).

Một mô hình toán học về quá trình hô hấp DNA dự đoán rằng bức xạ THz có thể ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen và sự sao chép DNA bằng cách hình thành các lỗ cục bộ trong chuỗi xoắn DNA thông qua cộng hưởng phi tuyến (Alexandrov và cộng sự, 2010).

Các tác động không do nhiệt có thể làm thay đổi cấu trúc protein (Borovkova và cộng sự, 2017), ảnh hưởng đến sự ổn định chuỗi kép DNA (Alexandrov và cộng sự, 2010), thay đổi tính thấm của màng (Cherkasova và cộng sự, 2020) và tạo ra các phản ứng viêm cấp tính (Hình 2) (Hwang và cộng sự, 2014), do đó ảnh hưởng đến hình thái và cấu trúc của tế bào thần kinh và gây ra apoptosis (Borovkova và cộng sự, 2017 ; Zhao và cộng sự, 2014). Các thí nghiệm sâu hơn trên động vật cho thấy bức xạ THz có thể gây ra những thay đổi hành vi của động vật (Bondar và cộng sự, 2008 ; Kirichuk và cộng sự, 2014).

Hình 2. Tác dụng sinh học phi nhiệt của bức xạ Thz:
Sóng THz do nguồn THz tạo ra đã được chứng minh là gây ra phản ứng viêm cấp tính ở mô da (1), thay đổi cấu trúc protein (2), phá vỡ hoặc rò rỉ màng plasma (3), và phá vỡ quá trình sao chép hoặc sửa chữa chuỗi kép DNA (4).

Cơ sở phân tử về tác động của bức xạ Terahertz lên hệ thần kinh

Protein và axit nucleic là thành phần quan trọng của hệ thần kinh. Sự cộng hưởng tần số thấp của các đại phân tử sinh học được tạo ra bởi bức xạ sóng THz, ảnh hưởng đến cấu trúc không gian của protein và độ ổn định chuỗi kép DNA (Alexandrov và cộng sự, 2010). Một nghiên cứu chuyên sâu về cơ chế hoạt động phân tử sinh học của bức xạ sóng THz trên hệ thần kinh sẽ cung cấp nền tảng lý thuyết cho việc sử dụng nó trong khoa học thần kinh trong tương lai.

Ở các tế bào thần kinh hồi hải mã nguyên phát, sự biểu hiện của các protein liên quan đến khớp thần kinh (SYN) đã giảm đáng kể ở nhóm nhận bức xạ THz (0,16 THz, 60 phút). Biểu hiện protein liên quan đến khớp thần kinh (PSD-95) giảm đáng kể ở các tế bào thần kinh vỏ não nguyên phát và mức độ biểu hiện PSD-95 có liên quan chặt chẽ đến thời gian tiếp xúc và bước sóng. Sau khi chiếu xạ sóng THz, không có sự khác biệt đáng kể trong biểu hiện của SYN và PSD95 trong các tế bào MN9D (Tan và cộng sự, 2019). Do đó, bức xạ THz có thể điều chỉnh các biểu hiện protein khác nhau trong các tế bào thần kinh khác nhau.

Tế bào thần kinh đệm được đặc trưng bởi mật độ protein cao liên kết với các kênh ion ở bề mặt màng tế bào. Bức xạ THz được sử dụng để chiếu xạ các tế bào thần kinh đệm của chuột (0,12–0,18 THz, 3,2 mW/cm², 1 phút). Sự khử cực của màng sinh chất, lysosomal và màng ty thể gây ra những thay đổi về hình dạng của protein kênh ion màng, ảnh hưởng đến cân bằng nội môi môi trường nội bào và dẫn đến giải phóng protein apoptotic từ ty thể và enzyme phân giải protein từ lysosome.

Tế bào thần kinh đệm cũng chứa nhiều loại aquaporin, có thể phá vỡ hình thái tế bào và chức năng trao đổi chất nếu cấu trúc của chúng thay đổi (Borovkova và cộng sự, 2017). Bức xạ THz ở tần số cụ thể có thể làm thay đổi tính thấm của màng tế bào thần kinh (Cherkasova và cộng sự, 2020 ; Perera và cộng sự, 2019). Nó có thể liên quan đến những thay đổi về hình dạng protein màng do bức xạ THz và sự hình thành các lỗ hút nước (Borovkova và cộng sự, 2017). Bức xạ THz (2,31 THz, 0,18 W/cm 2 , 35 giây) khiến các tế bào cảm biến sinh học E. coli/pKatG-gfp tạo ra protein huỳnh quang màu xanh lá cây (Serdyukov và cộng sự, 2021).

Đáng chú ý, mặt khác, sóng THz không cho thấy hoặc có tác dụng tối thiểu đối với sự biệt hóa và khả năng sống sót của tế bào thần kinh. Khả năng biệt hóa của tế bào thần kinh và sự biểu hiện của glutathione không bị ảnh hưởng khi các nguyên bào thần kinh hạch rễ sau (dòng tế bào ND7/23) tiếp xúc với bức xạ THz (0,14 THz, mật độ năng lượng: 24 mW/cm² –62 mW/cm² , 24h) (Bourne và cộng sự, 2008). Ảnh hưởng của bức xạ THz lên tế bào có liên quan trực tiếp đến các thông số chiếu xạ và bản thân tế bào cũng thực hiện những điều chỉnh thích nghi nhất định với các kích thích bên ngoài, có thể liên quan đến sự điều hòa của các đại phân tử trong tế bào thần kinh hoặc những thay đổi về hình thái cấu trúc.

Ngoài protein, bức xạ THz cũng có thể có tác dụng sinh học đối với axit nucleic. Sóng THz (0,1 THz, mật độ công suất trung bình: 33 mW/cm², 20 phút) được sử dụng để chiếu xạ các tế bào thần kinh hồi hải mã nguyên phát mà biểu hiện gen của chúng được phân tích bằng kỹ thuật RNA-SEQ (Shang và cộng sự, 2021). Tổng cộng có 111 gen được điều hòa tăng trong khi 54 gen bị điều hòa giảm, ngụ ý rằng bức xạ THz tác động đến sự biểu hiện gen.

Các sản phẩm phiên mã liên quan đến việc điều chỉnh sự phát triển của tế bào thần kinh, sự hình thành sợi trục và biểu hiện protein khớp thần kinh được làm phong phú hơn trong phân tích DEG và DET cũng như phân tích làm giàu GO/KEGG (Shang và cộng sự, 2021). Bức xạ THz có thể ảnh hưởng đến sự tương tác giữa yếu tố phiên mã (TF) và DNA, đồng thời điều chỉnh hơn nữa sự biểu hiện gen. Các nghiên cứu cho thấy bức xạ THz làm giảm hiệu quả liên kết của yếu tố phiên mã (TF) AP-1 và vị trí liên kết yếu tố phiên mã (TFBS) của nó trong DNA (Shang và cộng sự, 2021).

Bức xạ THz được cho là gây ra các tương tác cao phân tử sinh học điều chỉnh chức năng thần kinh. Chiếu xạ bằng sóng THz (0,22 THz, 25 mW/cm² , 5 phút) làm giảm đáng kể và phụ thuộc vào liều lượng, chiều dài và số lượng phần nhô ra trong tế bào Neuro-2A, làm giảm đáng kể sự biểu hiện của gen TUBB3 và SYP liên quan đến chức năng và tăng trưởng phần nhô ra , nhưng không ảnh hưởng đến sự biểu hiện của gen BAX và BCL2 (Ma và cộng sự, 2020).

Các tế bào biểu mô thần kinh có độ biệt hóa cao tạo nên các tế bào cảm quang ở lớp ngoài của võng mạc. Lu và cộng sự. mô võng mạc được chiếu xạ của chuột C57BL/6J có sóng THz (1–3,5 THz, 80 mW/cm², 2 phút) và phân tích kỹ thuật RNA-SEQ cho thấy 625 gen điều hòa tăng và 9 gen điều hòa giảm (Lu et al. , 2020). Phân tích đường truyền tín hiệu KEGG cho thấy các gen khác biệt chủ yếu ảnh hưởng đến đường truyền tín hiệu PPAR, đường truyền tín hiệu liên quan đến ung thư và đường truyền tín hiệu ion canxi.

Sự biểu hiện của những gen cực kỳ bất thường này có thể làm hỏng mô võng mạc và cản trở sự truyền tín hiệu của tế bào thần kinh nhạy cảm. Da là mục tiêu trực tiếp nhất của bức xạ THz. Chuột được tiếp xúc với xung femtosecond-THz (2,5 THz, 0,32 W/cm², 1 giờ) và 149 gen được phát hiện có biểu hiện khác nhau (Kim và cộng sự, 2013). Việc chữa lành vết thương và sự phát triển của mô liên quan đến 82 gen được điều chỉnh tăng và 67 gen có hoạt động bị điều hòa giảm.

Genomics đã tiết lộ rằng TGF đóng vai trò chính trong phản ứng chấn thương (Kim và cộng sự, 2013). Bức xạ THz kích hoạt con đường truyền tín hiệu TGF trong mô da vết thương, làm gián đoạn quá trình chữa lành vết thương trong cơ thể . Những phát hiện này có thể làm sáng tỏ ứng dụng THz trong khoa học thần kinh trong tương lai để điều chỉnh các yếu tố tăng trưởng hoặc yếu tố dinh dưỡng thần kinh khác nhau.

Chất dẫn truyền thần kinh là chất trung gian quan trọng trong việc truyền thông tin kiểm soát các chức năng sinh lý cơ bản ở người. Do đó, cần phải nghiên cứu sâu hơn về cơ chế tạo và truyền chất dẫn truyền thần kinh bằng bức xạ THz. Về mặt chuyển hóa chất dẫn truyền thần kinh, bốn vùng não chuột (hồi hải mã, vỏ não, tiểu não và thân não) và ba loại tế bào giống tế bào thần kinh (tế bào MN9D, PC12 và HT22) cho thấy những thay đổi đáng kể về hàm lượng chất dẫn truyền thần kinh sau khi chiếu hai loại THz khác nhau. thông số (0,16 THz, công suất đầu ra 50 mW; hoặc 0,17 THz, công suất đầu ra 10 mW) (Tan và cộng sự, 2019).

Những thay đổi về chất dẫn truyền thần kinh sau bức xạ THz được mô tả dưới đây. Glutamate (Glu) giảm đáng kể ở các tế bào thần kinh vùng đồi thị trong 6 và 60 phút bức xạ ở cùng công suất 50 mW, trong khi alanine (Ala) và glycine (Gly) tăng đáng kể ở cùng thời gian phơi sáng 60 phút ở 50 mW và 10 mW đầu ra. Chỉ Ala tăng đáng kể số lượng tế bào thần kinh tiểu não trong mọi điều kiện chiếu xạ.

Có sự giảm đáng kể lượng Glam trong tế bào thần kinh thân não trong 6 và 60 phút bức xạ ở cùng công suất 50 mW. Glam tăng và Ala giảm đáng kể ở các tế bào thần kinh vỏ não ở thời gian tiếp xúc 60 phút trong 10 mW. So với đối chứng, có sự khác biệt đáng kể về chất dẫn truyền thần kinh trong tế bào PC12 và HT22. Chỉ ALa được tăng đáng kể trong các tế bào MN9D ở thời gian phơi sáng 60 phút trong 10 mW. Ảnh hưởng của bức xạ THz lên chất dẫn truyền thần kinh được thể hiện ở bảng số 3.

Bảng 3. Ảnh hưởng của bức xạ THz đến chất dẫn truyền thần kinh

Tế bào	Phương pháp điều trị khác nhau	Thay đổi chất dẫn truyền thần kinh			Thẩm quyền giải quyết
		Glu	Gly	Ala
Tế bào thần kinh hồi hải mã nguyên phát	10 mW-6 phút	NS	NS	NS	Tất cả dữ liệu từ ( Tan và cộng sự, 2019 )
	10 mW-60 phút	NS	↑	↑
	50 mW-6 phút	↓↓	NS	NS
	50 mW-60 phút	↓↓	↑	NS
Tế bào thần kinh vỏ não nguyên phát	10 mW-6 phút	NS	NS	NS
	10 mW-60 phút	↑↑	NS	↓↓
	50 mW-6 phút	NS	NS	NS
	50 mW-60 phút	NS	NS	NS
Tế bào thần kinh tiểu não nguyên phát	10 mW-6 phút	↓↓	NS	↑↑
	10 mW-60 phút	↓↓	NS	↑↑
	50 mW-6 phút	↓↓	NS	↑↑
	50 mW-60 phút	↓↓	NS	↑↑
Tế bào thần kinh thân não nguyên phát	10 mW-6 phút	NS	↑↑	NS
	10 mW-60 phút	NS	↑↑	NS
	50 mW-6 phút	↓↓	↑↑	↑
	50 mW-60 phút	↓↓	↑↑	↑↑
Tế bào MN9D	10 mW-6 phút	NS	NS	NS
	10 mW-60 phút	NS	NS	↑↑
	50 mW-6 phút	NS	NS	NS
	50 mW-60 phút	↓	NS	↑
Tế bào PC12	10 mW-6 phút	NS	NS	NS
	10 mW-60 phút	NS	NS	NS
	50 mW-6 phút	NS	NS	NS
	50 mW-60 phút	NS	↑	NS
Tế bào HT22	10 mW-6 phút	NS	NS	NS
	10 mW-60 phút	NS	NS	NS
	50 mW-6 phút	NS	NS	NS
	50 mW-60 phút	NS	NS	NS

(↑ hoặc ↓), p < 0,05 so với nhóm đối chứng; (↑↑ hoặc ↓↓), p < 0,01 so với nhóm đối chứng; NS: không có ý nghĩa.

Những phát hiện này cho thấy các tế bào thần kinh rất nhạy cảm với bức xạ THz và bức xạ THz có tác động đáng kể đến các chức năng thần kinh như biểu hiện protein, điều hòa gen, sản xuất chất dẫn truyền thần kinh. Do đó, việc làm sáng tỏ các đặc tính và độ an toàn của hiệu ứng THz đòi hỏi phải kiểm tra kỹ lưỡng về chức năng, đặc điểm tác dụng của liều và các cơ chế có thể có trên các tế bào và mô nhạy cảm trong hệ thần kinh.

Ứng dụng công nghệ Terahertz trong khoa học thần kinh

Các đặc tính hóa lý của sóng THz khiến nó trở thành ứng cử viên đầy triển vọng cho các ứng dụng y sinh. Sóng THz có thể được sử dụng để phân biệt các phân tử sinh học khác nhau và phân tích sự thay đổi về hình dạng trong phân tử vì nhiều phân tử quan trọng dao động ở tần số thấp và mức năng lượng của lực liên phân tử nằm trong dải tần số của sóng THz (Mehrotra và cộng sự, 2019). Công nghệ THz hiện có thể được sử dụng trong hai lĩnh vực y sinh chính: phổ THz và hình ảnh THz.

Ứng dụng quang phổ Terahertz trong khoa học thần kinh

Quang phổ THz được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu những thay đổi về hình dạng protein và định lượng các tương tác giữa các phân tử (Xie và cộng sự, 2014). Hệ thống miền thời gian THz (THz-TDS) là công nghệ được sử dụng phổ biến nhất trong nghiên cứu hiện nay để phân loại các mô trong các mô hình bệnh khác nhau. Sự kết tụ amyloid và các đám rối sợi thần kinh đóng một vai trò quan trọng trong bệnh Alzheimer về mặt thoái hóa thần kinh. Phổ THz trong các mô não của chuột mắc bệnh Alzheimer được so sánh với chuột bình thường trong một nghiên cứu thực nghiệm trên động vật (Shi và cộng sự, 2016). Hệ số hấp thụ của chuột mắc bệnh Alzheimer cao hơn chuột bình thường ở mức 1,44 THz, 1,8 THz và 2,14 THz, trong khi hệ số khúc xạ ở chuột mắc bệnh Alzheimer cao hơn đáng kể so với chuột bình thường.

Sử dụng phát hiện THZ-TDS, PNG và cộng sự phát hiện ra rằng chỉ số khúc xạ của mô não ở bệnh nhân mắc bệnh Alzheimer cao hơn đáng kể so với bệnh nhân khỏe mạnh (PNG và cộng sự, 2009), điều này có liên quan đến sự kết tụ amyloid và xơ hóa trong các mẫu mô não của bệnh Alzheimer. THz-TDS được cho là có độ chính xác lên tới 95,5% trong chẩn đoán sớm chấn thương sọ não do nổ trong một nghiên cứu khác (Wang và cộng sự, 2020). Các phát hiện cho thấy rằng trong giai đoạn đầu của bệnh, có sự khác biệt về huyết thanh và dịch não tủy của chuột bị chấn thương sọ não do vụ nổ (bTBI). Lipid là một hợp chất hữu cơ không tan trong nước có chức năng chính bao gồm lưu trữ tín hiệu truyền năng lượng và cấu tạo màng tế bào. Sự thiếu hụt myelin có thể dẫn đến nhiều bệnh về hệ thần kinh trung ương, nhưng không có phương pháp đáng tin cậy nào để phát hiện ra nó.

Năm 2017, Zou và cộng sự đã cố gắng sử dụng phương pháp quang phổ THz để phát hiện tình trạng thiếu myelin ở mô hình khỉ rhesus (Zou và cộng sự, 2017). Biên độ tiêu chuẩn của khỉ thiếu myelin thấp hơn đáng kể so với khỉ đối chứng ở mức tương ứng là 0,5 THz và 1,0 THz. Nó chứng tỏ rằng kỹ thuật này có thể phát hiện nhanh chóng và hiệu quả tình trạng thiếu myelin trong mô não. Nước có tác động đáng kể đến khả năng phát hiện THz, có thể được phân loại thành trạng thái mất nước hoặc không mất nước. Quang phổ THz có thể được sử dụng để phân biệt giữa mô bình thường và mô khối u bị mất nước.

Chỉ số khúc xạ, hệ số hấp thụ và hằng số điện môi của u thần kinh đệm nhúng parafin và mô não bình thường được đo trong khoảng 0,2–2,0 THz bằng hệ thống THz-TDS (Meng và cộng sự, 2014). Các u thần kinh đệm được nhúng parafin có chỉ số khúc xạ, hệ số hấp thụ và hằng số điện môi cao hơn mô não bình thường. Do những khác biệt này, phổ THz có thể được sử dụng để xác định các vùng khối u. Hằng số điện môi của tế bào ung thư (DLD-1, HEK293 và HeLa) đã được nghiên cứu bằng phương pháp quang phổ phản xạ toàn phần suy giảm trong miền thời gian THz (THZ-ATR). Các phân tử nước trong tế bào ung thư biểu hiện phản ứng điện môi khác với dịch ngoại bào dưới 1,0 THz (Shiraga và cộng sự, 2014).

Ứng dụng hình ảnh Terahertz trong khoa học thần kinh

Hình ảnh THz là một công nghệ cao mới với triển vọng ứng dụng đầy hứa hẹn trong lĩnh vực khoa học thần kinh. Các thí nghiệm hình ảnh in vivo tương đối hiếm, chủ yếu tập trung vào việc xác định in vitro các khối u lành tính và ác tính. Hình ảnh THz là sự tổng hợp phổ hình ảnh sử dụng thông tin biên độ và pha để trích xuất các đặc điểm hình thái mô trong thời gian thực (Oh và cộng sự, 2014).

Hình ảnh THz dựa vào sự thay đổi hàm lượng nước của mô. Dựa trên hàm lượng nước của chúng, các mô khác nhau có đặc điểm phổ THz khác nhau, giúp phân biệt khối u với mô không phải khối u, như được minh họa dưới dạng sơ đồ Hình 3A và 3B (Yamaguchi và cộng sự, 2016). Sử dụng hệ thống hình ảnh THz loại phản chiếu, Oh et al. so sánh các hình ảnh có thể xem được trong các mẫu phần mô não, như được minh họa bằng sơ đồ trong Hình 3C. Tùy thuộc vào hàm lượng nước của mô khối u hoặc mô không phải khối u, người ta quan sát thấy hiệu suất phổ THz khác nhau (Oh và cộng sự, 2014). Giá trị chẩn đoán của hình ảnh THz đã được chứng minh trong các mô hình u thần kinh đệm khác (Ji và cộng sự, 2016 ; Wu và cộng sự, 2019 ; Yamaguchi và cộng sự, 2016).

Hình 3. Ứng dụng hình ảnh THz trong chẩn đoán khối u
(A) Chỉ số khúc xạ của sóng THz ở các tần số khác nhau của mô khối u khác biệt đáng kể so với chỉ số khúc xạ của mô bình thường (Hình 3A). Hình 3A được điều chỉnh từ Hình 1 trong Yamaguchi et al. (2016) , được sử dụng theo CC BY 4.0.
(B) Phổ hấp thụ của sóng THz ở các tần số khác nhau của mô khối u khác biệt đáng kể so với phổ hấp thụ của mô bình thường (Hình 3B). Hình 3B được điều chỉnh từ Hình 1 trong Yamaguchi et al. (2016) , được sử dụng theo CC BY 4.0.
(C) Mẫu hình ảnh THz được hiển thị trong (Hình 3C).

So với quang phổ THz, hình ảnh THz cho phép phân tích mô trực quan và thuận tiện hơn, đồng thời các bộ kỹ thuật quang phổ THz và hình ảnh THz trong tương lai có thể được kết hợp để cho phép thu thập dữ liệu mô toàn diện hơn cho các ứng dụng lâm sàng.

Những thách thức hiện tại và triển vọng tương lai

Các đặc tính điện tử và quang tử của sóng THz đã khiến nó trở thành một lĩnh vực nghiên cứu tiên phong. Do sự tiến bộ của công nghệ phát hiện và nguồn phát sóng THz, công nghệ THz đã nhanh chóng phát triển trong chẩn đoán và điều trị y tế. Sóng THz có sự tương tác phức tạp với các đại phân tử sinh học và việc khám phá các tác động sinh học của bức xạ THz cũng như cơ chế hoạt động của nó đã trở thành một chủ đề nóng trong khoa học đời sống. Mặc dù nghiên cứu hiện tại trong lĩnh vực này vẫn còn hạn chế nhưng vẫn còn rất nhiều điều cần khám phá về các ứng dụng y tế tiềm năng của nó.

Mối lo ngại về an toàn sinh học của bức xạ Terahertz

Ngày nay, bức xạ điện từ gần như có ở khắp mọi nơi và bức xạ cường độ thấp ít ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Mặt khác, lượng bức xạ điện từ cao sẽ gây hại cho cơ thể con người về lâu dài (Miller và cộng sự, 2019). Do đó, mối quan tâm về an toàn sinh học là điều kiện tiên quyết cho việc sử dụng bức xạ THz trong tương lai. Để cung cấp bằng chứng về ngưỡng bức xạ THz an toàn, cần phải xác nhận thêm ở cấp độ sinh vật, mô sinh học. Hậu quả của việc phơi nhiễm mãn tính lâu dài đối với con người phải được xem xét. Cần phải có một cuộc điều tra kỹ lưỡng và có hệ thống về cơ chế mà sóng THz ảnh hưởng đến mọi cấp độ cấu trúc của sinh vật.

Việc chuẩn hóa hệ thống Terahertz thử nghiệm

Các thông số thí nghiệm bức xạ THz như tần số bức xạ, mật độ công suất, thông số xung và các thông số khác ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả sinh học. Các giống loài sinh học khác nhau và nhiệt độ môi trường thí nghiệm ảnh hưởng gián tiếp đến tác dụng sinh học. Trong tương lai, các thông số bức xạ THz phải được chuẩn hóa một cách khoa học để đảm bảo khả năng tái lập và so sánh của các thí nghiệm.

Khám phá cái nhìn sâu sắc về tác động và cơ chế của bức xạ Terahertz đối với các bệnh thần kinh

Để khám phá các tác động mang tính hệ thống của bức xạ THz, các đại phân tử sinh học, mạng lưới gen và đường truyền tín hiệu phải được tham gia (Kim và cộng sự, 2013 ; Weightman và Peter, 2012). Quá trình tự thực, stress oxy hóa, viêm tế bào và apoptosis của tế bào có thể bị ảnh hưởng trong quá trình bức xạ THz. Người ta hy vọng rằng một cái nhìn sâu sắc về các sự kiện sinh học như tính thấm của màng và sự chết của tế bào sẽ cung cấp hỗ trợ về mặt lý thuyết cho việc phát triển các ứng dụng y sinh sóng THz trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Mặt khác, tác động của bức xạ THz lên các mô sinh học có liên quan chặt chẽ đến loại mô sinh học cũng như tính chất điện môi cũng như thành phần đại phân tử sinh học, hàm lượng nước và nguồn gốc của chúng. Tác dụng sinh học của bức xạ THz rất phức tạp và đa dạng do các yếu tố được liệt kê ở trên. Các nghiên cứu về hấp thụ và phân phối năng lượng THz nên được tiến hành trong tương lai bằng cách sử dụng các đặc tính điện môi của mô sinh học, hàm lượng nước, độ truyền qua, chỉ số khúc xạ và thành phần phân tử để tiết lộ các đặc điểm tác dụng sinh học và cơ chế tương ứng của các sinh vật khác nhau và làm rõ cơ chế sinh học quan trọng.

Kết luận

Khoa học THz là một lĩnh vực đa ngành kết hợp các yếu tố điện tử và quang tử. Công nghệ THz và các thiết bị liên quan rất hữu ích trong các lĩnh vực như y học, kiểm tra an ninh và quân sự. Các tác động sinh học thần kinh của bức xạ THz đã nổi lên như một chủ đề nóng trong nghiên cứu y sinh và chúng sẽ cần được nghiên cứu sâu hơn trong tương lai. Cơ chế hoạt động cũng như an toàn sinh học của nó phải được làm rõ. Những kết quả nghiên cứu này sẽ giúp khám phá các ứng dụng sóng THz trong hệ thần kinh và có ý nghĩa sâu rộng. Hệ thống trị liệu sử dụng máy phát sóng THz sẽ mở ra vô số khả năng cho lĩnh vực y tế nếu khoa học THz có thể được tích hợp tốt hơn với các ngành liên quan khác như vật lý, y học, khoa học vật liệu và các ngành khác.

Sự nhìn nhận

Công trình này được hỗ trợ bởi Quỹ khoa học tự nhiên quốc gia Trung Quốc (NSFC81771521). Tất cả thông tin được chuẩn bị cho bài đánh giá này đều đến từ PubMed, Springer, Web of Science và Google Scholar cùng với các ấn phẩm có liên quan cho đến tháng 6 năm 2021, bao gồm các bài báo nghiên cứu cơ bản và lâm sàng ban đầu cũng như các bài đánh giá tương lai/hồi cứu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Alexandrov BS, Gelev V., Bishop AR, Usheva A., Rasmussen K.Ø. Động lực thở DNA với sự hiện diện của trường terahertz. Vật lý. Lett. A. 2010; 374 :1214–1217. doi: 10.1016/j.physleta.2009.12.077. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
2. Bondar NP, Kovalenko IL, Avgustinovich DF, Khamoyan AG, Kudryavtseva NN Hiệu ứng hành vi của sóng terahertz ở chuột đực. Bò đực. Exp. Biol. Med. 2008; 145 :401–405. doi: 10.1007/s10517-008-0102-x. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
3. Borovkova M., Serebrikova M., Fedorov V., Sedykh E., Vaks V., Lichutin A., Salnikova A., Khodzitsky M. Điều tra ảnh hưởng của bức xạ terahertz lên tế bào thần kinh đệm của chuột. Sinh học. Opt. Thể hiện. 2017; 8 : 273–280. doi: 10.1364/BOE.8.000273. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
4. Bourne N., Clothinger RH, D’Arienzo M., Harrison P. Ảnh hưởng của bức xạ terahertz đến quá trình nuôi cấy sơ cấp tế bào keratinocyte ở người và nuôi cấy tế bào thần kinh. Thay thế. Phòng thí nghiệm. Hoạt hình. 2008; 36 :667–684. số: 10.1177/026119290803600610. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
5. Chen H., Lee WJ, Huang HY, Chiu CM, Tsai YF, Tseng TF, Lu JT, Lai WL, Sun CK Hiệu suất của kính hiển vi trường gần quét sợi THz để chẩn đoán khối u vú. Opt. Thể hiện. 2011; 19 :19523–19531. doi: 10.1364/Oe.19.019523. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
6. Cherkasova OP, Fedorov VI, Nemova EF, Pogodin AS Ảnh hưởng của bức xạ laser terahertz đến đặc điểm quang phổ và tính chất chức năng của albumin. Opt. Quang phổ. 2009; 107 :534–537. doi: 10.1134/s0030400x09100063. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
7. Cherkasova OP, Serdyukov DS, Ratushnyak AS, Nemova EF, Kozlov EN, Shidlovskii YV, Zaytsev KI, Tuchin VV Ảnh hưởng của bức xạ terahertz lên tế bào sống: đánh giá. Opt. Quang phổ. 2020; 128 :855–866. doi: 10.1134/s0030400x20060041. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
8. Dalzell DR, McQuade J., Vincelette R., Ibey B., Payne J., Thomas R., Roach WP, Roth CL, Wilmink GJ 4. Tương tác quang học với các mô và tế bào XXI được tổ chức tại San Francisco, California, Hoa Kỳ, Ngày 25 tháng 2 năm 2010. SPIE; 2010. Ngưỡng thiệt hại đối với bức xạ terahertz; P. 75620M. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
9. Fedorov VI, Popova SS, Pisarchik AN Hiệu ứng động của bức xạ sóng dưới milimet lên các vật thể sinh học ở nhiều cấp độ tổ chức khác nhau. Int. J. Millim hồng ngoại. Sóng. 2003; 24 :1235–1254. doi: 10.1023/a:1024801304083. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
10. Fischer BM, Walther M., Uhd Jepsen P. Chế độ rung hồng ngoại xa của các thành phần DNA được nghiên cứu bằng phương pháp quang phổ miền thời gian terahertz. Vật lý. Med. Biol. 2002; 47 :3807–3814. doi: 10.1088/0031-9155/47/21/319. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
11. Fröhlich H. Trong: Những tiến bộ trong Điện tử và Vật lý Điện tử. Marton L., Marton C., biên tập viên. Nhà xuất bản học thuật; 1980. Tác dụng sinh học của vi sóng và các câu hỏi liên quan; trang 85–152. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
12. Ghafoor S., Boujnah N., Rehmani MH, Davy A. Giao thức MAC cho truyền thông terahertz: một cuộc khảo sát toàn diện. Cộng đồng IEEE. Sống sót. Gia sư. 2020; 22 :2236–2282. doi: 10.1109/comst.2020.3017393. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
13. Quang phổ rung động Globus T. Sub-terahertz với độ phân giải cao để nhận dạng các phân tử sinh học và tế bào. J. Sinh khối. Res. Đó. 2016; 5 :e150. doi: 10.4172/2167-7956.1000e150. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
14. Goodman R., Blank M. Hiểu biết sâu sắc về cơ chế tương tác điện từ. J. Tế bào. Physiol. 2002; 192 : 16–22. doi: 10.1002/jcp.10098. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
15. Han X., Yan S., Zang Z., Wei D., Cui HL, Du C. Phát hiện protein không nhãn bằng phương pháp quang phổ miền thời gian terahertz. Sinh học. Opt. Thể hiện. 2018; 9 :994–1005. doi: 10.1364/BOE.9.000994. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
16. Hwang Y., Ahn J., Mun J., Bae S., Jeong YU, Vinokurov NA, Kim P. Phân tích in vivo về chiếu xạ sóng THz gây ra phản ứng viêm cấp tính ở da bằng kính hiển vi đồng tiêu quét laser. Opt. Thể hiện. 2014; 22 :11465–11475. doi: 10.1364/OE.22.011465. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
17. Ji YB, Oh SJ, Kang S.-G., Heo J., Kim S.-H., Choi Y., Song S., Son HY, Kim SH, Lee JH Terahertz chụp ảnh phản xạ cho u thần kinh đệm cấp độ thấp và cao. Khoa học. Dân biểu 2016; 6 :1–9. doi: 10.1038/srep36040. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
18. Kim KT, Park J., Jo SJ, Jung S., Kwon OS, Gallerano GP, Park WY, Park GS Xung femtosecond-terahertz công suất cao gây ra phản ứng vết thương trên da chuột. Khoa học. Dân biểu 2013; 3 : 1–7. doi: 10.1038/srep02296. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
19. Kirichuk VF, Antipova ON, Krylova YA Ảnh hưởng của việc chiếu xạ liên tục bằng sóng điện từ terahertz thuộc dải tần NO lên phản ứng hành vi của chuột bạch đực đực trong điều kiện căng thẳng. Bò đực. Exp. Biol. Med. 2014; 157 : 184–189. doi: 10.1007/s10517-014-2521-1. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
20. Kirichuk VF, Efimova NV, Andronov EV Ảnh hưởng của chiếu xạ terahertz công suất cao lên sự kết tập tiểu cầu và phản ứng hành vi của chuột bạch tạng. Bò đực. Exp. Biol. Med. 2009; 148 :746–749. doi: 10.1007/s10517-010-0807-5. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
21. Kirichuk VF, Ivanov AN Tác dụng điều chỉnh của sóng terahertz. Nga. Mở Med. J. 2013; 2 doi: 10.15275/rusomj.2013.0402. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
22. Kristensen T., Withayachumnankul W., Jepsen PU, Abbott D. Mô hình hóa hiệu ứng làm nóng terahertz trên nước. Opt. Thể hiện. 2010; 18 :4727–4739. doi: 10.1364/OE.18.004727. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
23. Lu YH, Cheng CH, Gao P., Ma QL, He MD, Zhang L., Yu ZP Terahertz tiếp xúc với bức xạ dẫn đến cấu hình biểu hiện gen bị thay đổi ở võng mạc chuột. J. Mil thứ ba. Med. Đại học 2020; 42 :2273–2281. doi: 10.16016/j.1000-5404.202008140. (bằng tiếng Trung với tóm tắt bằng tiếng Anh) [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
24. Ma Q., Chen C., Lin M., Tao J., Đặng P., Gao P. Tác động phi nhiệt của tổn thương do tiếp xúc với bức xạ điện từ 0,22 terahertz trong các tế bào Neuro-2a. J. Mil thứ ba. Med. Đại học 2020; 42 :2267–2273. doi: 10.16016/j.1000-5404.202008145. (bằng tiếng Trung với tóm tắt bằng tiếng Anh) [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
25. Mao Q., Zhu Y., Lv C., Lu Y., Yan X., Yan S., Liu J. Mô hình mạng thần kinh tích chập dựa trên hình ảnh terahertz để phát hiện lỗi mạch tích hợp. Opt. Thể hiện. 2020; 28 :5000–5012. doi: 10.1364/OE.384146. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
26. Mehrotra P., Chatterjee B., Sen S. Cảm biến sinh học sóng EM: đánh giá về cảm biến RF, vi sóng, sóng mm và cảm biến quang học. Cảm biến. 2019; 19 : 1013. doi: 10.3390/s19051013. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
27. Meng K., Chen TN, Chen T., Zhu LG, Liu Q., Li Z., Li F., Zhong SC, Li ZR, Feng H., Zhao JH Terahertz quang phổ xung của u thần kinh đệm não nhúng parafin. J. Sinh học. Opt. 2014; 19 tuổi: 10.1117/1.JBO.19.7.077001. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
28. Miller AB, Sears ME, Morgan LL, Davis DL, Hardell L., Oremus M., Soskolne CL Rủi ro đối với sức khỏe và tinh thần do bức xạ tần số vô tuyến phát ra từ điện thoại di động và các thiết bị không dây khác. Đằng trước. Sức khỏe cộng đồng. 2019; 7 : 223. doi: 10.3389/fpubh.2019.00223. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
29. Oh SJ, Kim SH, Ji YB, Jeong K., Suh JS Nghiên cứu các mô não mới được cắt bỏ bằng cách sử dụng hình ảnh terahertz. Sinh học. Opt. Thể hiện. 2014; 5 :2837–2842. doi: 10.1364/BOE.5.002837. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
30. Olshevskaya J., Ratushnyak A., Petrov A., Kozlov A., Zapara T. Hội nghị quốc tế khu vực 8 về công nghệ tính toán trong kỹ thuật điện và điện tử được tổ chức tại Novosibirsk, Nga, ngày 21-25 tháng 7 năm 2008. IEEE; 2008. Ảnh hưởng của sóng điện từ terahertz đến hệ thống nơ-ron; trang 210–211. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
31. Perera PGT, Appadoo DRT, Cheeseman S., Wandiyanto JV, Linklater D., Dekiwadia C., Trường VK, Tobin MJ, Vongsvivut J., Bazaka O., và những người khác. Phản ứng của tế bào pheochromocytoma PC 12 với bức xạ terahertz tần số siêu cao từ nguồn synchrotron. Ung thư. 2019; 11 : 162. doi: 10.3390/cancer11020162. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
32. PNG GM, Flook R., Ng BWH, Abbott D. Terahertz Quang phổ của mô não người đông lạnh nhanh: một nghiên cứu ban đầu. Điện tử. Lett. 2009; 45 :343–345. doi: 10.1049/el.2009.3413. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
33. Reukov AS, Naymushin AV, Simkov KV, Moroshkin VS, Kozlenok AV, Presnukhina AP Sử dụng bức xạ hồng ngoại được điều chế bằng tần số terahertz trong điều trị phức tạp cho bệnh nhân đột quỵ thiếu máu cục bộ cấp tính. Arter. Gipertenz. 2016; 22 :94–102. doi: 10.18705/1607-419x-2016-22-1-94-102. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
34. Romanenko S., Appadoo D., Lawler N., Hodgetts SI, Harvey AR, Wallace VP thứ 45. Hội nghị quốc tế về sóng hồng ngoại, milimet và sóng Terahertz (IRMMW-THz) được tổ chức tại Buffalo, NY, Hoa Kỳ, ngày 8-13 tháng 11 năm 2020. IEEE; 2020. Bức xạ Terahertz kích thích sự phát triển tế bào thần kinh trong tế bào thần kinh có nguồn gốc PC12 trong giai đoạn phát triển: nghiên cứu sơ bộ; trang 1–2. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
35. Scaramozzino D., Lacidogna G., Carpinteri A. Trong: Grady ME, biên tập viên. tập. 4. Lò xo; 2020. Những thay đổi về hình dạng protein và chế độ rung tần số thấp: phân tích sự tương đồng; trang 7–10. (Cơ học của hệ thống sinh học và vật liệu & Cơ học vi mô và nano). [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
36. Serdyukov DS, Goryachkovskaya TN, Mescherykova IA, Kuznetsov SA, Popik VM, Peltek SE Bộ cảm biến sinh học vi khuẩn huỳnh quang E. coli/pTdcR-TurboYFP nhạy cảm với bức xạ terahertz. Sinh học. Opt. Thể hiện. 2021; 12 :705–721. doi: 10.1364/BOE.412074. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
37. Sự tiếp xúc với Shang S., Wu X., Zhang Q., Zhao J., Hu E., Wang L., Lu X. 0,1 THz ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen tế bào thần kinh hồi hải mã nguyên phát thông qua liên kết yếu tố phiên mã xen kẽ. Sinh học. Opt. Thể hiện. 2021; 12 :3729–3742. doi: 10.1364/BOE.426928. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
38. Shi L., Shumyatsky P., Rodriguez-Contreras A., Alfano R. Terahertz Quang phổ mô não từ mô hình chuột mắc bệnh Alzheimer. J. Sinh học. Opt. 2016; 21 tuổi: 10.1117/1.JBO.21.1.015014. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
39. Shiraga K., Ogawa Y., Suzuki T., Kondo N., Irisawa A., Imamura M. Đặc điểm phản ứng điện môi của tế bào ung thư ở người ở vùng terahertz. J. Millim hồng ngoại. Tế. 2014; 35 :493–502. doi: 10.1007/s10762-014-0067-y. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
40. Smye SW, Chamberlain JM, Fitzgerald AJ, Berry E. Sự tương tác giữa bức xạ terahertz và mô sinh học. Vật lý. Med. Biol. 2001; 46 : 101–112. doi: 10.1088/0031-9155/46/9/201. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
41. Son J.-H., Oh SJ, Cheon H. Các ứng dụng lâm sàng tiềm năng của bức xạ terahertz. J. Ứng dụng. Vật lý. 2019; 125 : 190901. doi: 10.1063/1.5080205. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
42. Sun CK, Chen HY, Tseng TF, You B., Wei ML, Lu JY, Chang YL, Tseng WL, Wang TD Độ nhạy cao của tia T để phát hiện huyết khối. Khoa học. Dân biểu 2018; 8 : 1–10. doi: 10.1038/s41598-018-22060-y. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
43. Suzuki T., Takayama K., Yamauchi S., Imai Y., Tonouchi M. thứ 34. Hội nghị quốc tế về sóng hồng ngoại, milimet và sóng Terahertz được tổ chức tại Busan, Hàn Quốc (Miền Nam), ngày 10 tháng 11 năm 2009. IEEE; 2009. Đo hệ số hấp thụ nước bằng phương pháp quang phổ miền thời gian terahertz; trang 1–2. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
44. Tan SZ, Tan PC, Luo LQ, Chi YL, Yang ZL, Zhao XL, Zhao L., Dong J., Zhang J., Yao BW, et al. Tác động phơi nhiễm của sóng terahertz lên tế bào thần kinh nguyên phát và tế bào giống tế bào thần kinh trong điều kiện không có nhiệt độ. Sinh học. Môi trường. Khoa học. 2019; 32 :739–754. doi: 10.3967/bes2019.094. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
45. Tsurkan M., Smolyanskaya O., Bespalov V., Penniyainen V., Kipenko A., Lopatina E., Krylov B. SPIE – Hiệp hội Kỹ thuật Quang học Quốc tế được tổ chức tại San Francisco, California, Hoa Kỳ, ngày 1 tháng 3 năm 2012. Quốc tế Hiệp hội Quang học và Quang tử; 2012. Thay đổi sự phát triển của các tế bào thần kinh hạch cảm giác bằng bức xạ terahertz; P. 82610S. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
46. Tzydynzhapov G., Gusikhin P., Muravev V., Dremin A., Nefyodov Y., Kukushkin I. Máy quét cơ thể an ninh dưới terahertz thời gian thực mới. J. Millim hồng ngoại. Tế. 2020; 41 :632–641. doi: 10.1007/s10762-020-00683-5. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
47. Wang W.-w., Xie C.-l., Lu L., Zheng G.-q. Một đánh giá có hệ thống và phân tích tổng hợp về châm cứu da đầu dựa trên Baihui (GV20) trong đột quỵ do thiếu máu cục bộ thực nghiệm. Khoa học. Dân biểu 2014; 4 :1–16. doi: 10.1038/srep03981. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
48. Wang Y., Wang G., Xu D., Jiang B., Ge M., Wu L., Yang C., Mu N., Wang S., Chang C., và những người khác. Chẩn đoán bằng quang phổ Terahertz về chấn thương sọ não do vụ nổ sớm ở chuột. Sinh học. Opt. Thể hiện. 2020; 11 :4085–4098. doi: 10.1364/BOE.395432. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
49. Weightman, Peter Triển vọng nghiên cứu các hệ thống sinh học với nguồn bức xạ terahertz năng lượng cao. Vật lý. Biol. 2012; 9 tuổi: 10.1088/1478-3975/9/5/053001. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
50. Wilmink GJ, Grundt JE Bài viết đánh giá được mời: hiện trạng nghiên cứu về tác động sinh học của bức xạ terahertz. J. Millim hồng ngoại. Tế. 2011; 32 :1074–1122. doi: 10.1007/s10762-011-9794-5. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
51. Wilmink GJ, Rivest BD, Roth CC, Ibey BL, Payne JA, Cundin LX, Grundt JE, Peralta X., Mixon DG, Roach WP Điều tra in vitro về tác động sinh học liên quan đến nguyên bào sợi ở da người tiếp xúc với bức xạ 2,52 THz. Phẫu thuật laser. Med. 2011; 43 :152–163. doi: 10.1002/lsm.20960. [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
52. Wu L., Xu D., Wang Y., Liao B., Jiang Z., Zhao L., Sun Z., Wu N., Chen T., Feng H., Yao J. Nghiên cứu về u thần kinh đệm não in vivo ở một mô hình chuột sử dụng hình ảnh phản xạ terahertz sóng liên tục. Sinh học. Opt. Thể hiện. 2019; 10 :3953–3962. doi: 10.1364/BOE.10.003953. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
53. Xie L., Yao Y., Ying Y. Ứng dụng quang phổ terahertz để phát hiện protein: đánh giá. ứng dụng. Quang phổ. Bản sửa đổi năm 2014; 49 :448–461. doi: 10.1080/05704928.2013.847845. [ CrossRef ] [ Học giả Google ]
54. Yamaguchi S., Fukushi Y., Kubota O., Itsuji T., Ouchi T., Yamamoto S. Chụp ảnh khối u não của mô tươi chuột bằng phương pháp quang phổ terahertz. Khoa học. Dân biểu 2016; 6 :1–6. doi: 10.1038/srep30124. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
55. Zhao L., Hao YH, Peng RY Những tiến bộ về tác động sinh học của bức xạ sóng terahertz. Mil. Med. Res. 2014; 1 :1–4. doi: 10.1186/s40779-014-0026-x. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]
56. Zou Y., Li J., Cui Y., Tang P., Du L., Chen T., Meng K., Liu Q., Feng H., Zhao J., và những người khác. Chẩn đoán quang phổ Terahertz về não thiếu myelin ở chuột và khỉ rhesus bằng kỹ thuật đo hóa học. Khoa học. Dân biểu 2017; 7 :1–9. doi: 10.1038/s41598-017-05554-z. [ Bài viết miễn phí của PMC ] [ PubMed ] [ CrossRef ] [ Google Scholar ]

Nguồn https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8683584/

>> Xem thêm: CÔNG DỤNG TRỊ LIỆU CỦA SÓNG LƯỢNG TỬ TERAHERTZ