Все
 
 
 


Современное состояние исследований влияния терагерцового излучения на живые биологические системы
 
Код статьиS004036440003379-0-1
DOI10.31857/S004036440003379-0
Тип публикации Статья
Статус публикации Опубликовано
Авторы
Ильина И. В. 
Аффилиация:
Адрес: Российская Федерация
Агранат М. Б.
Аффилиация: ФГБУН Объединенный институт высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН)
Адрес: Российская Федерация
Ситников Д. С.
Аффилиация:
Адрес: Российская Федерация
Название журналаТеплофизика высоких температур
ВыпускТом 56 Номер 5
Страницы814-837
Аннотация

Появление современных источников и детекторов терагерцового излучения (1011–1013 Гц) стимулировало бурное развитие практических приложений излучения данного частотного диапазона. В связи с этим остро встала проблема безопасности ТГц-излучения для живых объектов. В настоящем обзоре проведен анализ работ, опубликованных с 2010 г. по настоящее время. Приводится краткое описание наиболее значимых работ, выполненных до 2010 г. Особое внимание уделено источникам ТГц-излучения, применяемым в исследованиях, а также результатам экспериментальных работ по изучению возможных биоэффектов при воздействии ТГц-излучения как на отдельные клеточные линии, так и на микроорганизмы и животных в целом.

Ключевые слова
Получено27.12.2018
Дата публикации27.12.2018
Цитировать   Скачать pdf Для скачивания PDF необходимо авторизоваться
Размещенный ниже текст является ознакомительной версией и может не соответствовать печатной.

всего просмотров: 1112

Оценка читателей: голосов 0 

1. Brun M. A., Formanek F., Yasuda A., Sekine M., Ando N., Eishii Y. Terahertz Imaging Applied to Cancer Diagnosis // Phys. Med. Biol. 2010. V. 55. P. 4615.
2. Davies A. G., Linfield E. H., Johnston M. B. The Development of Terahertz Sources and their Applications // Phys. Med. Biol. 2002. V. 47. P. 3679.
3. Siegel P. H. Terahertz Pioneers: Manfred Winnewisser and Brenda Pruden Winnewisser: Equating Hamiltonians to Nature // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2013. V. 3. P. 229.
4. Ashworth P. C., Pickwell-MacPherson E., Provenzano E., Pinder S. E., Purushotham A. D., Pepper M. et al. Terahertz Pulsed Spectroscopy of Freshly Excised Human Breast Cancer // Opt. Express. 2009. V. 17. P. 12444.
5. Fitzgerald A. J., Berry E., Zinovev N. N., Walker G. C., Smith M. A., Chamberlain J. M. Topical Review: An Introduction to Medical Imaging with Coherent Terahertz Frequency Radiation // Phys. Med. Biol. 2002. V. 47. P. 67.
6. Woodward R. M., Wallace V. P., Cole B. E., Pye R. J., Arnone D. D., Linfield E. H. et al. Terahertz Pulse Imaging in Reflection Geometry of Skin Tissue Using Time-domain Analysis Techniques. In: Proc. SPIE. / Ed. Cohn G. E. 2002. P. 160.
7. Wilmink G. J., and Grundt J. E. Invited Review Article: Current State of Research on Biological Effects of Terahertz Radiation // J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2011. V. 32. P. 1074.
8. THzBRIDGE Report. 2004. http://www.frascati.enea.it/THz-BRIDGE/reports/Project_Summary_final.pdf 
9. Hintzsche H., Stopper H. Effects of Terahertz Radiation on Biological Systems // Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2012. V. 42. P. 2408.
10. Webb S. J., Dodds D. D. Inhibition of Bacterial Cell Growth by 136 Gc Microwaves // Nature. 1968. V. 218. P. 374.
11. Zalyubovskaya N. P., Kiseliov R. I., Valitov R. A., Kitchenko A. V., Teslenko-Ponomarenko E. F. To Biological Activity of Radiation in Millimeter and Submillimeter Ranges // Eksp. i Klin. Radiol. 1970. V. 6. P. 202.
12. Hafez H. A., Chai X., Ibrahim A., Mondal S., Ferachou D., Ropagnol X. et al. Intense Terahertz Radiation and Their Applications // J. Opt. (United Kingdom). 2016. V. 18. P. 093004.
13. Yin X., Ng B. W. – H., Abbott D. Terahertz Imaging for Biomedical Applications. N.Y.: Springer, 2012. 316 p.
14. Агранат М. Б., Ильина И. В., Ситников Д. С. Применение ТГц-спектроскопии для детектирования газов: современное состояние и перспективы // ТВТ. 2017. Т. 55. С. 759.
15. Hintzsche H., Jastrow C., Heinen B., Baaske K., Kleine- Ostmann T., Schwerdtfeger M. et al. Terahertz Radiation At 0.380 THz And 2.520 THz Does Not Lead To DNA Damage in Skin Cells in Vitro // Radiat. Res. 2013. V. 179. P. 38.
16. Wilmink G. J., Rivest B. D., Roth C. C., Ibey B. L., Payne J. A., Cundin L. X. et al. In Vitro Investigation Of The Biological Effects Associated With Human Dermal Fibroblasts Exposed to 2.52 THz Radiation // Lasers Surg. Med. 2011. V. 43. P. 152.
17. Grundt J. E., Cerna C., Roth C. C., Ibey B. L., Lipscomb D., Echchgadda I. et al. Terahertz Radiation Triggers A Signature Gene Expression Profile in Human Cells // 2011 Int. Conf. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2011. P. 1.
18. Wilmink G. J., Ibey B. L., Roth C. L., Vincelette R. L., Rivest B. D., Horn C. B. et al. Determination of Death Thresholds and Identification of Terahertz (THz)- Specific Gene Expression Signatures // Proc. SPIE. 2010. V. 7562. P. 75620K.
19. Alexandrov B. S., Rasmussen K. O., Bishop A. R., Usheva A., Alexandrov L. B., Chong S. et al. Non-Thermal Effects of Terahertz Radiation on Gene Expression in Mouse Stem Cells // Biomed. Opt. Express. 2011. V. 2. P. 2679.
20. Alexandrov B. S., Lisa Phipps M., Alexandrov L. B., Booshehri L. G., Erat A., Zabolotny J. et al. Specificity And Heterogeneity of Terahertz Radiation Effect on Gene Expression in Mouse Mesenchymal Stem Cells // Sci. Rep. 2013. V. 3. P. 1.
21. Echchgadda I., Grundt J. E., Cerna C. Z., Roth C. C., Ibey B. L., Wilmink G. J. Terahertz Stimulate Specific Signaling Pathways in Human Cells // Int. Conf. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves, IRMMW-THz. 2014. P. 1.
22. Echchgadda I., Cerna C. Z., Sloan M. A., Elam D. P., Ibey B. L., Fort J. et al. Effects of Different Terahertz Frequencies on Gene Expression in Human Keratinocytes // Proc. SPIE. 2015. V. 9321. P. 93210Q.
23. Echchgadda I., Grundt J. E., Cerna C. Z., Roth C. C., Payne J. A., Ibey B. L. et al. Terahertz Radiation: A Non-Contact Tool for the Selective Stimulation of Biological Responses in Human Cells // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2016. V. 6. P. 54.
24. Wilmink G. J., Rivest B. D., Ibey B. L., Roth C. L., Bernhard J., Roach W. P. Quantitative Investigation of the Bioeffects Associated with Terahertz Radiation // Proc. SPIE. 2010. V. 7562. P. 75620L.
25. Wilmink G. J., Grundt J. E., Cerna C., Roth C. C., Kuipers M. A., Lipscomb D. et al. Terahertz Radiation Preferentially Activates the Expression of Genes Responsible for the Regulation of Plasma Membrane Properties // 2011 Int. Conf. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 2011. P. 1.
26. Korenstein-Ilan A., Barbul A., Hasin P., Eliran A., Gover A., Korenstein R. Terahertz Radiation Increases Genomic Instability in Human Lymphocytes // Radiat. Res. 2008. V. 170. P. 224.
27. Bourne N., Clothier R. H., D’Arienzo M., Harrison P. The Effects of Terahertz Radiation on Human Keratinocyte Primary Cultures and Neural Cell Cultures // Altern. Lab. Anim. 2008. V. 36. P. 667.
28. Hintzsche H., Jastrow C., Kleine-Ostmann T., Stopper H., Schmid E., Schrader T. Terahertz Radiation Induces Spindle Disturbances in Human-Hamster Hybrid Cells // Radiat. Res. 2011. V. 175. P. 569.
29. Borovkova M., Serebriakova M., Fedorov V., Sedykh E., Vaks V., Lichutin A. et al. Investigation of Terahertz Radiation Influence on Rat Glial Cells // Biomed. Opt. Express. 2017. V. 8. P. 273.
30. Scarfi M. R., Romano M., Di Pietro R., Zeni O., Doria A., Gallerano G. P. et al. THz Exposure of Whole Blood for the Study of Biological Effects on Human Lymphocytes // J. Biol. Phys. 2003. V. 29. P. 171.
31. Zeni O., Gallerano G. P., Perrotta A., Romano M., Sannino A., Sarti M. et al. Cytogenetic Observations in Human Peripheral Blood Leukocytes Following in Vitro Exposure to THz Radiation: A Pilot Study // Health Phys. 2007. V. 92. P. 349.
32. Ramundo-Orlando A., Gallerano G. P., Stano P., Doria A., Giovenale E., Messina G. et al. Permeability Changes Induced by 130 GHz Pulsed Radiation on Cationic Liposomes Loaded with Carbonic Anhydrase // Bioelectromagnetics. 2007. V. 28. P. 587.
33. Amicis A. De, Sanctis S. De, Cristofaro S. Di, Franchini V., Lista F., Regalbuto E. et al. Biological Effects of in Vitro THz Radiation Exposure in Human Foetal Fibroblasts // Mutat. Res. – Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2015. V. 793. P. 150.
34. Bogomazova A. N., Vassina E. M., Goryachkovskaya T. N., Popik V. M., Sokolov A. S., Kolchanov N. A. et al. No DNA Damage Response and Negligible Genome-Wide Transcriptional Changes in Human Embryonic Stem Cells Exposed to Terahertz Radiation // Sci. Rep. 2015. V. 5. P. 1.
35. Sergeeva S., Demidova E., Sinitsyna O., Goryachkovskaya T., Bryanskaya A., Semenov A. et al. 2.3THz Radiation: Absence of Genotoxicity/Mutagenicity in Escherichia Coli and Salmonella Typhimurium // Mutat. Res. Toxicol. Environ. Mutagen. 2016. V. 803–804. P. 34.
36. Ольшевская Ю. С., Козлов А. С., Петров А. К., Запара Т. А., Ратушняк А. С. Влияние терагерцового (субмиллиметрового) лазерного излучения на проницаемость клеточных мембран // Вестник НГУ. Серия Физика. 2010. Т. 5. С. 177.
37. Demidova E. V., Goryachkovskaya T. N., Malup T. K., Bannikova S. V., Semenov A. I., Vinokurov N. A. et al. Studying The Non-Thermal Effects of Terahertz Radiation on E. Coli/PKatG-GFP Biosensor Cells // Bioelectromagnetics. 2013. V. 34. P. 15.
38. Gor yachkovskaya T. N . , Konstantinova S. H., Meshcheriakova I. A., Bannikova S. V., Demidov E. A., Bryanskaya A. V. et al. The Impact of Terahertz Radiation on an Extremophilic Archaean Halorubrum Saccharovorum Proteome // Vavilov J. Genet. Breed. 2016. V. 20. P. 869.
39. Williams R., Schofield A., Holder G., Downes J., Edgar D., Harrison P. et al. The Inf luence of High Intensity Terahertz Radiation on Mammalian Cell Adhesion, Proliferation and Differentiation // Phys. Med. Biol. 2013. V. 58. P. 373.
40. Van Exter M., Fattinger C., Grischkowsky D. Highbrightness Terahertz Beams Characterized with an Ultrafast Detector // Appl. Phys. Lett. 1989. V. 55. P. 337.
41. Cantor A. J., Cheo P., Foster M., Newman L. Application of Submillimeter Wave Lasers to High Voltage Cable Inspection // IEEE J. Quantum Electron. 1981. V. 17. P. 477.
42. Vicario C., Ovchinnikov A. V., Ashitkov S. I., Agranat M. B., Fortov V. E., Hauri C. P. Generation of 09-MJ THz Pulses in DSTMS Pumped by a Cr: Mg2SiO4 Laser // Opt. Lett. 2014. V. 39. P. 6632.
43. Kim K. T., Park J., Jo S. J., Jung S., Kwon O. S., Gallerano G. P. et al. High-Power Femtosecond-Terahertz Pulse Induces a Wound Response in Mouse Skin // Sci. Rep. 2013. V. 3. P. 1.
44. Titova L. V., Ayesheshim A. K., Golubov A., Fogen D., Rodriguez-Juarez R., Hegmann F. A. et al. Intense THz Pulses Cause H2AX Phosphorylation and Activate DNA Damage Response in Human Skin Tissue // Biomed. Opt. Express. 2013. V. 4. P. 559.
45. Titova L.V, Ayesheshim A. K., Golubov A., Rodriguez-Juarez R., Kovalchuk A., Hegmann F.A, et al. Intense Picosecond THz Pulses Alter Gene Expression in Human Skin Tissue in Vivo // Proc. SPIE. 2013. V. 8585. P. 85850Q.
46. Titova L. V., Ayesheshim A. K., Golubov A., Rodriguez- Juarez R., Woycicki R., Hegmann F. A. et al. Intense THz Pulses Down-Regulate Genes Associated with Skin Cancer and Psoriasis: A New Therapeutic Avenue? // Sci. Rep. 2013. V. 3. P. 1.
47. Tsurkan M. V., Smolyanskaya O. A., Bespalov V. G., Penniyainen V. A., Kipenko A. V., Lopatina E. V. et al. Changing Growth of Neurites of Sensory Ganglion by Terahertz Radiation // Proc. SPIE. 2012. V. 8261. P. 82610S.
48. Duka (Tsurkan) M.V. , Nesgovorova Y. S. , Smolyanskaya O. A., Bespalov V. G., Kudryavtsev I.V, Polevshchikov A. V. et al. Study of the Action of Broad-Band Terahertz Radiation On the Functional Activity of Cells // J. Opt. Technol. 2013. V. 80. P. 655.
49. Цуркан М. В., Смолянская О. А., Брянцева Н. Г. Воздействие терагерцового излучения на рост нейритов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2013. Т. 1. С. 4184.
50. Федоров В. И., Вайсман Н. Я., Немова Е. Ф., Мамрашев А. А., Николаев Н. А. Влияние терагерцового излучения на численность и динамику развития потомства F1 стрессированных самок дрозофил // Биофизика. 2013. Т. 58. № 6. С. 1043.
51. Weisman N. Y., Fedorov V. I., Nemova E. F. Terahertz Radiation Improves Adaptation Characteristics in Drosophila Melanogaster // Contemp. Probl. Ecol. 2015. V. 8. P. 237.
52. Fedorov V. I . , Weisman N. Y. , Nemova E. F. , Nikolaev N. A. Terahertz Radiation Influence on Stressed Drosophila Life Span // Biophysics (Oxf). 2014. V. 59. P. 458.
53. Pine A. S., Suenram R. D., Brown E. R., McIntosh K.A. A Terahertz Photomixing Spectrometer: Application to SO2 Self Broadening // J. Mol. Spectrosc. 1996. V. 175. P. 37.
54. Lampin J., Peytavit E. High Efficiency Optoelectronic Terahertz Sources // Proc. SPIE7763, Terahertz Emit. Receiv. Appl. 2010. V. 7763. P. 77630A1.
55. Angeluts A. A., Gapeyev A. B., Esaulkov M. N., Kosareva O. G., Matyunin S. N., Nazarov M. M. et al. Study of Terahertz-Radiation-Induced DNA Damage in Human Blood Leukocytes // Quantum Electron. 2014. V. 44. P. 247.
56. Yaekashiwa N., Otsuki S., Hayashi S., Kawase K. Investigation of the Non-Thermal Effects of Exposing Cells to 70–300 GHz Irradiation Using a Widely Tunable Source // J. Radiat. Res. 2018. V. 59. P. 116.
57. Borodin A. V., Esaulkov M. N., Kuritsyn I. I., Kotelnikov I. A., Shkurinov A. P. On the Role of Photoionization in Generation of Terahertz Radiation in the Plasma of Optical Breakdown // J. Opt. Soc. Am. B. 2012. V. 29. P. 1911.
58. Koyama S., Narita E., Shimizu Y., Shiina T., Taki M., Shinohara N. et al. Twenty Four-Hour Exposure to a 0.12 THz Electromagnetic Field Does not Affect The Genotoxicity, Morphological Changes, or Expression of Heat Shock Protein in HCE-T Cells // Int. J. Environ. Res. Public Health. 2016. V. 13. P. 793.
59. Киричук В. Ф., Цымбал А. А. Применение электромагнитных волн терагерцового диапазона для коррекции функций гемостаза // Медицинская техника 2010. Т. 1. С. 12.
60. Bock J., Fukuyo Y., Kang S., Lisa Phipps M., Alexandrov L. B., Rasmussen K. O. et al. Mammalian Stem Cells Reprogramming in Response to Terahertz Radiation // PLoS One. 2010. V. 5. P. 8.
61. Doria A., Gallerano G. P., Giovenale E., Messina G., Lai A., Ramundo-Orlando A. et al. THz Radiation Studies on Biological Systems at the ENEA FEL Facility // Infrared Phys. Technol. 2004. V. 45. P. 339.
62. Федоров В. И., Шевела Е. Я., Клементьев В. М., Хамоян А. Г. Субмиллиметровый лазер может быть инструментом медицинской диагностики // Альманах клинической медицины. 2008. Т. 17. С. 102.
63. Clothier R. H., Bourne N. Effects of THz Exposure on Human Primary Keratinocyte Differentiation and Viability // J. Biol. Phys. 2003. V. 29. P. 179.
64. Hintzsche H., Jastrow C., Kleine-Ostmann T., Karst U., Schrader T., Stopper H. Terahertz Electromagnetic Fields (0.106 THz) Do not Induce Manifest Genomic Damage in Vitro // PLoS One. 2012. V. 7. P. 1.
65. Franchini V., De Sanctis S., Marinaccio J., De Amicis A., Coluzzi E., Di Cristofaro S. et al. Study of the Effects of 0.15 Terahertz Radiation on Genome Integrity of Adult Fibroblasts // Environ. Mol. Mutagen. 2018. V. 00. P. 1.
66. Bondar N. P., Kovalenko I. L., Avgustinovich D. F., Khamoyan A. G., Kudryavtseva N. N. Behavioral Effect of Terahertz Waves in Male Mice // Bull. Exp. Biol. Med. 2008. V. 145. P. 401.
67. Киричук В. Ф., Иванов А. Н., Антипова О. Н., Креницкий А. П., Майбородин А. В., Тупикин В. Д. Половые различия в изменении нарушенной функциональной активности тромбоцитов у белых крыс под влиянием электромагнитного излучения терагерцового диапазона на частотах оксида азота // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2008. Т. 145. С. 81.
68. Киричук В. Ф., Цымбал А. А. Влияние терагерцового излучения на частотах оксида азота на интенсивность процессов липопероксидации и антиоксидантные свойства крови в условиях стресса // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины.2009. Т. 148. С. 166.
69. Demidova E. V., Goryachkovskaya T. N., Mescheryakova I. A., Malup T. K., Semenov A. I., Vinokurov N. A. et al. Impact of Terahertz Radiation on Stress-Sensitive Genes of E. Coli Cell // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. 2016. V. 6. P. 435.
70. Киричук В. Ф., Цымбал А. А. ИспользовАние Электромагнитного излучения терагерцового диапазона на частотах оксида азота для коррекции Функционального состояния щитовидной железы при стрессе // Вестник Российской Академии медицинских наук. 2010. Т. 4. С. 37.
71. Киричук В. Ф., Цымбал А. А. Особенности влияния терагерцового излучения на частотах оксида азота на показатели газового и электролитного состава крови при различных видах стресса // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2010. Т. 145. С. 154.
72. Киричук В. Ф., Цымбал А. А. Закономерности и механизмы биологического действия электромагнитных волн терагерцевого диапазона. Саратов: Изд-во Сарат. гос. мед. ун-та, 2015. 291 с.
73. Eremenko K. U.E., Aleksandrova N. N., Kirichuk V. F. Terahertz Radiation in Complex Pleopto-Orthoptic Treatment of Amblyopia and Elimination of Functional Scotoma // Fyodorov J. Ophthalmic Surg. 2017. P. 61.
74. Еременко К. Ю., Александрова Н. Н., Киричук В. Ф. Терагерцовое облучение на частоте молекулярного спектра излучения и поглощения атмосферного Кислорода 129.0 ГГц в терапии возрастной макулярной дегенерации // Точка зрения. Восток–Запад. 2017. С. 121.

Система Orphus

Загрузка...
Вверх