vtioВестник трансплантологии и искусственных органовRussian Journal of Transplantology and Artificial Organs1995-1191Academician V.I.Shumakov National Medical Research Center of Transplantology and Artificial Organs", Ministry of Health of the Russian Federation10.15825/1995-1191-2009-3-107-113vtio-253Research ArticleНовые технологииAdvanced technologyИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ НА КЛЕТОЧНОМ И СУБКЛЕТОЧНОМ УРОВНЕ С ПОМОЩЬЮ ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО ОПТИЧЕСКОГО ПИНЦЕТА-СКАЛЬПЕЛЯCELLULAR AND SUBCELLULAR LEVEL INVESTIGATION OF BIOLOGICAL OBJECTS BY MEANS OF FEMTOSECOND LASER OPTICAL TWEEZERS-SCALPELРакитянскийМ. М.RakityanskyM. M.cellsurgery@mail.ruАгранатМ. Б.AgranatM. B.АшитковС. И.AshitkovS. I.КарагяурМ. Н.KaragyaurM. N.МухамеджановаД. М.MuhamedzhanovaD. M.ДомогатскийС. П.DomogatskyS. P.ОвчинниковА. В.OvchinnikovA. V.СитниковД. С.SitnikovD. S.СтамбольскийД. В.StambolskyD. V.ШевелевИ. Н.ShevelevI. N.Объединенный институт высоких температур РАН, Москва НИИ нейрохирургии им. Бурденко РАМН, МоскваРоссияJoint Institute for high Temperatures RAS, Moscow Burdenko Neurosurgery Institute, MoscowRussian FederationОбъединенный институт высоких температур РАН, МоскваРоссияJoint Institute for high Temperatures RAS, MoscowRussian FederationМГУ, факультет фундаментальной медициныРоссияMoscow State University, Faculty of Fundamental MedicineRussian FederationМосковский государственный медико-стоматологический университет, МоскваРоссияMoscow State Medical Stomatological University, MoscowRussian FederationРоссийский кардиологический научно-производственный комплекс МЗиСР РФ, МоскваРоссияCardiology Research Center, MoscowRussian FederationМГУ, факультет фундаментальной медициныРоссияCardiology Research Center, MoscowRussian FederationНИИ нейрохирургии им. Бурденко РАМН, МоскваРоссияBurdenko Neurosurgery Institute, MoscowRussian Federation200903062014113ВЕСТНИК ТРАНСПЛАНТОЛОГИИ И ИСКУССТВЕННЫХ ОРГАНОВ том XI No 3–2009107113Copyright © Ракитянский М.М., Агранат М.Б., Ашитков С.И., Карагяур М.Н., Мухамеджанова Д.М., Домогатский С.П., Овчинников А.В., Ситников Д.С., Стамбольский Д.В., Шевелев И.Н., 20092009Ракитянский М.М., Агранат М.Б., Ашитков С.И., Карагяур М.Н., Мухамеджанова Д.М., Домогатский С.П., Овчинников А.В., Ситников Д.С., Стамбольский Д.В., Шевелев И.Н.Rakityansky M.M., Agranat M.B., Ashitkov S.I., Karagyaur M.N., Muhamedzhanova D.M., Domogatsky S.P., Ovchinnikov A.V., Sitnikov D.S., Stambolsky D.V., Shevelev I.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.transpl.ru/vtio/article/view/253

Целью данной работы является разработка элементов технологии прецизионного трехмерного позицио- нирования одного или нескольких биологических объектов микронного и субмикронного размеров. Для этого в Объединенном институте высоких температур РАН разработан и изготовлен лабораторный обра- зец программно-аппаратного комплекса оптического фемтосекундного лазерного пинцета-скальпеля на основе приборной базы, производимой в России. Получены экспериментальные результаты о максималь- ной скорости манипулирования CHO и клетками культуры, полученной из спинального ганглия млекопи- тающего (по протоколам получения очищенных культур шванновских клеток), а также о взаимодействии излучения с внутриклеточными структурами, которое приводит к изменению предполагаемого поведе- ния клетки в области оптической ловушки и максимальной скорости манипулирования последней. 

The aim of this work was developing of elements of the precise three-dimensional positioning technology of one or several micron and submicron size biological objects. Thereto a laboratory unit of hardware-software complex of optical femtosecond laser tweezers-scalpel was developed and constructed in the Joint institute for high temperatures RAS using material resources of Russia. Experimental data concerning a maximal manipulation speed of CHO and cells, produced from mammalian spinal ganglia (using protocols for producing pure culture of Schwann cells) was received. Besides facts of interaction of laser radiation with intracellular structures that lead to unexpected behavior of cell in the zone of optical trap and change of maximal speed of cell manipulation were determined. 

оптическое манипулированиеСНО-клеткишванновские клеткифемтосекундный лазертканевая инженерияoptical manipulationChinese hamster ovary cellsSchwann cellsfemtosecond lasertissue engineeringReferencesРакитянскийМ.М.,АгранатМ.Б.,АшитковС.И. и др. Фемтосекундный лазерный «пинцет-скальпель» для захвата и манипулирования нанообъектами, оптической микро-нанохирургии и тканевой инженерии // Тезисы международного форума по нанотехнологи- ям Rusnanotech. М. 2008.РакитянскийМ.М.,АгранатМ.Б.,АшитковС.И. и др. Фемтосекундный лазерный «пинцет-скальпель» для захвата и манипулирования нанообъектами, оптической микро-нанохирургии и тканевой инженерии // Тезисы международного форума по нанотехнологи- ям Rusnanotech. М. 2008.Саркисов О.М. Перспективы применения голографи- ческого пинцета и скальпеля как наноинструмента биомедицинских технологий // Тезисы международ- ного форума по нанотехнологиям Rusnanotech. М. 2008.Саркисов О.М. Перспективы применения голографи- ческого пинцета и скальпеля как наноинструмента биомедицинских технологий // Тезисы международ- ного форума по нанотехнологиям Rusnanotech. М. 2008.Ashkin A., Dziedzic J.M., Bjorkholm et al. Observation of a single beam gradient trap for dielectric particles // Opt. Lett. 1986. No 11. Р. 288–290.Ashkin A., Dziedzic J.M., Bjorkholm et al. Observation of a single beam gradient trap for dielectric particles // Opt. Lett. 1986. No 11. Р. 288–290.Ashkin A., Dziedzic J.M. Optical trapping and manipula- tion of viruses and bacteria // Science. 1987. Vol. 235 (4795). Р. 1517–1520.Ashkin A., Dziedzic J.M. Optical trapping and manipula- tion of viruses and bacteria // Science. 1987. Vol. 235 (4795). Р. 1517–1520.Ashkin A., Dziedzic J.M. Internal cell manipulation using infrared laser traps // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1989. Vol. 86 (20). Р. 7914–7918.Ashkin A., Dziedzic J.M. Internal cell manipulation using infrared laser traps // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1989. Vol. 86 (20). Р. 7914–7918.Ashkin A., Schutze K., Dziedzic J.M. et al. Force genera- tion of organelle transport measured in vivo by an infrared laser trap // Nature. 1990. Vol. 348 (6299). Р. 346–348.Ashkin A., Schutze K., Dziedzic J.M. et al. Force genera- tion of organelle transport measured in vivo by an infrared laser trap // Nature. 1990. Vol. 348 (6299). Р. 346–348.Ashkin A. Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime // Biophys. J. 1992. Vol. 61. Р. 569–582.Ashkin A. Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime // Biophys. J. 1992. Vol. 61. Р. 569–582.Oraevsky A.A., Luiz B. et al. Plasma Mediated Ablation of Biological Tissues with Nanosecond-to-Femtosecond Laser Pulses: Relative Role of Linear and Nonlinear Ab- sorption // IEEE J. of selected topics in quantum electro- nics. 1996. Vol. 2. No 4.Oraevsky A.A., Luiz B. et al. Plasma Mediated Ablation of Biological Tissues with Nanosecond-to-Femtosecond Laser Pulses: Relative Role of Linear and Nonlinear Ab- sorption // IEEE J. of selected topics in quantum electro- nics. 1996. Vol. 2. No 4.Brunsting A. and Mullaney P.F. Differential light scatter- ing from spherical mammalian cells // Biophys. J. 1974. Vol. 14. Р. 439–453.Brunsting A. and Mullaney P.F. Differential light scatter- ing from spherical mammalian cells // Biophys. J. 1974. Vol. 14. Р. 439–453.Breckes J.P., Fields K.L. and Raft M.C. Studies on cul- tured rat Schwann cells. I. Establishment of purified pop- ulations from cultures of poripheral nerve // Brain Res. 1979. Vol. 165. Р. 105–118.Breckes J.P., Fields K.L. and Raft M.C. Studies on cul- tured rat Schwann cells. I. Establishment of purified pop- ulations from cultures of poripheral nerve // Brain Res. 1979. Vol. 165. Р. 105–118.Curtis J.E., Koss B.A. & Grier D.G. Dynamic holograph- ic optical tweezers // Opt. Commun. 2002. Vol. 207. Р. 169–175.Curtis J.E., Koss B.A. & Grier D.G. Dynamic holograph- ic optical tweezers // Opt. Commun. 2002. Vol. 207. Р. 169–175.Harada Y. and Asakura T. Radiation forces on a dielec- tric sphere in the Rayleigh scattering regime // Opt. Com- mun. 1996. Vol. 124. Р. 529–541.Harada Y. and Asakura T. Radiation forces on a dielec- tric sphere in the Rayleigh scattering regime // Opt. Com- mun. 1996. Vol. 124. Р. 529–541.Hammer D.X., Thomas R.J., Noojin G.D. et al. Experi- mental investigation of ultrashort pulse laser-inducedHammer D.X., Thomas R.J., Noojin G.D. et al. Experi- mental investigation of ultrashort pulse laser-inducedbreakdown thresholds in aqueous media // IEEE J. Quantum Electron. 1996. Vol. 32. Р. 670–678.breakdown thresholds in aqueous media // IEEE J. Quantum Electron. 1996. Vol. 32. Р. 670–678.Haastert K., Mauritz C., Chaturvedi S. et al. Human and rat adult Schwann cell cultures: fast and efficient enrichment and highly effective non-viral transfection protocol // Nature Protocols. 2007. Vol. 2. No 1. Р. 99– 104.Haastert K., Mauritz C., Chaturvedi S. et al. Human and rat adult Schwann cell cultures: fast and efficient enrichment and highly effective non-viral transfection protocol // Nature Protocols. 2007. Vol. 2. No 1. Р. 99– 104.Juhasz T., Kastis G.A., Suarez C. et al. Time resolved observations of shock waves and cavitation bubbles gen- erated by femtosecond laser pulses in corneal tissue and water // Lasers Surg. Med. 1996. Vol. 19. Р. 23–31.Juhasz T., Kastis G.A., Suarez C. et al. Time resolved observations of shock waves and cavitation bubbles gen- erated by femtosecond laser pulses in corneal tissue and water // Lasers Surg. Med. 1996. Vol. 19. Р. 23–31.Kennedy P.K., Boppart S.A., Hammer D.X. et al. A first- order model for computation of laser-induced breakdown thresholds in ocular and aqueous media: Part I – Theory and part II – Comparison to experiment // IEEE J. Quan- tum Electron. 1995. Vol. 31. Р. 2241–2257.Kennedy P.K., Boppart S.A., Hammer D.X. et al. A first- order model for computation of laser-induced breakdown thresholds in ocular and aqueous media: Part I – Theory and part II – Comparison to experiment // IEEE J. Quan- tum Electron. 1995. Vol. 31. Р. 2241–2257.Konig K., Tadir Y., Patrizio P. et al. Effects of ultraviolet exposure and near infrared laser tweezers on human sper- matozoa // Human Reproduction 1996. Vol. 11. No 10. Р. 2162–2164.Konig K., Tadir Y., Patrizio P. et al. Effects of ultraviolet exposure and near infrared laser tweezers on human sper- matozoa // Human Reproduction 1996. Vol. 11. No 10. Р. 2162–2164.Liang H., Vu K.T., Krishnan P. et al. Wavelength De- pendence of Cell Cloning Efficiency after Optical Trap- ping // Biophysical J. 1996. Vol. 70. Р. 1529–1533.Liang H., Vu K.T., Krishnan P. et al. Wavelength De- pendence of Cell Cloning Efficiency after Optical Trap- ping // Biophysical J. 1996. Vol. 70. Р. 1529–1533.Liu Y., Sonek G.J., Berns M.W. et al. Physiological moni- toring of optically trapped cells: assessing the effects of confinement by 1064-nm laser tweezers using microfluo- rometry // Biophys. J. 1996. No 71. Р. 2158–2167.Liu Y., Sonek G.J., Berns M.W. et al. Physiological moni- toring of optically trapped cells: assessing the effects of confinement by 1064-nm laser tweezers using microfluo- rometry // Biophys. J. 1996. No 71. Р. 2158–2167.Loesel F.H., Niemz M.H., Bille J.F. et al. Laser-induced optical breakdown on hard and soft tissues and its de- pendence on the pulse duration: Experiment and mod- el // IEEE J. Quantum Electron. 1996. Vol. 32. Р. 1717– 1722.Loesel F.H., Niemz M.H., Bille J.F. et al. Laser-induced optical breakdown on hard and soft tissues and its de- pendence on the pulse duration: Experiment and mod- el // IEEE J. Quantum Electron. 1996. Vol. 32. Р. 1717– 1722.Porter S., Clark M.B., Glaser L. et al. Schwann cells stimulated to proliferate in the absence of neurons re- tain full functional capability // J. Neurosci. 1986. No 6. Р. 3070–3078.Porter S., Clark M.B., Glaser L. et al. Schwann cells stimulated to proliferate in the absence of neurons re- tain full functional capability // J. Neurosci. 1986. No 6. Р. 3070–3078.Schneckenburger Н., Hendinger А., Sailer R. et al. Cell viability in optical tweezers: high power red laser diode versus Nd:YAG-laser // J. of Biomedical Optics. 2000. Vol. 5 (1). Р. 40–44.Schneckenburger Н., Hendinger А., Sailer R. et al. Cell viability in optical tweezers: high power red laser diode versus Nd:YAG-laser // J. of Biomedical Optics. 2000. Vol. 5 (1). Р. 40–44.Uchida M., Sato-maeda M., Tashiro M. Whole-cell ma- nipulation by optical trapping // Current Biology. 1995. Vol. 5. No 4. Р. 380–382.Uchida M., Sato-maeda M., Tashiro M. Whole-cell ma- nipulation by optical trapping // Current Biology. 1995. Vol. 5. No 4. Р. 380–382.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.