สถาบันเลเซอร์เบ็คแมน นวัตกรรมแสงเพื่อการแพทย์และชีววิทยา

สถาบันเลเซอร์เบ็คแมน (หรือบางครั้งเรียกว่า สถาบันและคลินิกการแพทย์เลเซอร์เบ็คแมน) เป็นศูนย์วิจัยสหวิทยาการที่มุ่งเน้นการพัฒนาเทคโนโลยีทางแสง (Optical Technologies) และการประยุกต์ใช้ในด้านชีววิทยาและการแพทย์ สถาบันแห่งนี้ตั้งอยู่ที่วิทยาเขตของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เออร์ไวน์ (University of California, Irvine) ในเมืองเออร์ไวน์ รัฐแคลิฟอร์เนีย โดยก่อตั้งขึ้นในปี ค.ศ. 1982 ในรูปแบบองค์กรไม่แสวงหาผลกำไรภายใต้การนำของ Michael W. Berns และได้เปิดอาคารสถานที่อย่างเป็นทางการเมื่อวันที่ 4 มิถุนายน ค.ศ. 1986

สถาบันนี้เป็นหนึ่งในสถาบันที่เน้น การวิจัยเชิงแปลผล (Translational Research) ซึ่งทำหน้าที่เชื่อมโยงระหว่างการวิจัยพื้นฐานในห้องปฏิบัติการกับการนำไปประยุกต์ใช้จริงในทางการแพทย์ นักวิจัยที่นี่ได้พัฒนาเทคนิคเลเซอร์เพื่อจัดการโครงสร้างภายในเซลล์ที่มีชีวิต และนำไปใช้ในการรักษาโรคผิวหนัง โรคหลอดเลือดสมอง และโรคมะเร็ง

ประวัติความเป็นมา

ในช่วงปี ค.ศ. 1980 Michael W. Berns ศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เออร์ไวน์ ได้ก่อตั้งสถาบันที่มุ่งเน้นเทคโนโลยีเลเซอร์ซึ่งในขณะนั้นยังเป็นเรื่องใหม่ หลังจากได้รับทุนด้านเทคโนโลยีชีวภาพจากสถาบันสุขภาพแห่งชาติ (NIH) เขาได้จัดตั้งโปรแกรมลำแสงเลเซอร์ขนาดเล็ก (Laser Microbeam Program - LAMP) สำหรับกล้องจุลทรรศน์เลเซอร์ และได้เสนอให้สร้างศูนย์สหวิทยาการที่รวมการวิจัยเลเซอร์และการประยุกต์ใช้ในการรักษาทางการแพทย์เข้าด้วยกัน

โครงการนี้ได้รับการสนับสนุนจากนักการกุศลท้องถิ่น คือ Arnold O. Beckman และภรรยา Mabel Beckman ซึ่งมีความสนใจในศักยภาพของเครื่องมือสมัยใหม่ โดย Arnold Beckman ได้มอบเงินสนับสนุนจำนวน 2.5 ล้านดอลลาร์ให้แก่ Dan Aldrich อธิการบดีของ UCI นอกจากนี้ยังได้รับการสนับสนุนจาก David Packard แห่ง Hewlett-Packard (2 ล้านดอลลาร์), SmithKline Beckman Corp. (1 ล้านดอลลาร์) และมูลนิธิชุมชนเออร์ไวน์ โดย Arnold Beckman และ Michael W. Berns ได้รับการระบุว่าเป็นผู้ร่วมก่อตั้งในข้อบังคับของสถาบัน

การวิจัยและเทคโนโลยี

การวิจัยในยุคแรกมุ่งเน้นไปที่การจัดการโครงสร้างภายในเซลล์ที่มีชีวิต โดยใช้สิ่งที่ Bern เรียกว่า "กรรไกรเลเซอร์" (Laser scissors) ซึ่งใช้พัลส์สั้นๆ ของความเข้มแสงสูงเพื่อสร้างผลลัพธ์ที่เจาะจง เช่น:

• Optoporation: การสร้างช่องเปิดขนาดเล็กในเซลล์ เพื่อให้สามารถดัดแปลงพันธุกรรมโดยการแทรกหรือลบยีน รวมถึงการสกัดไมโครพลาสมาภายในเซลล์
• Laser Ablation: การใช้เลเซอร์เพื่อทำลายหรือทำให้เซลล์หยุดทำงาน
• Laser Tweezers: การใช้ลำแสงความเข้มต่ำต่อเนื่องเพื่อดักจับโครงสร้างของเซลล์โดยไม่ทำให้เกิดความเสียหาย โดยอาศัยการหักเหของแสงเพื่อเปลี่ยนโมเมนตัมของเป้าหมาย

เทคนิคขั้นสูงในปัจจุบัน

สถาบันได้พัฒนาเทคนิคทางแสงที่ซับซ้อนมากขึ้น ได้แก่:

• Multiphoton Microscopy (MPM) และ Second-harmonic Generation (SHG): ใช้สร้างภาพเนื้อเยื่อชีวภาพที่หนาได้ด้วยความละเอียดสูงโดยไม่ต้องผ่าตัด ปัจจุบันกำลังพัฒนาเครื่องขนาดพกพาสำหรับใช้ในคลินิก
• Photoacoustic Tomography: การสร้างภาพ 3 มิติของเนื้อเยื่อส่วนลึก โดยการปรับจูนเลเซอร์ให้กระตุ้นพันธะเฉพาะจนเกิดเสียง ซึ่งสามารถตรวจจับและสร้างแผนที่ได้ด้วยระบบอะคูสติก
• Raman Spectroscopy: การใช้การกระเจิงของแสงโมโนโครมาติกเพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงระดับพลังงานของโมเลกุล ซึ่งใช้ในการตรวจหาพยาธิสภาพของมะเร็ง
• Diffuse Optical Spectroscopy: การส่งแสงอินฟราเรดใกล้ผ่านเส้นใยนำแสงบนผิวหนังเพื่อวัดการตอบสนองทางโลหิตวิทยาในสมอง ช่วยให้ประเมินระดับฮีโมโกลบินที่มีและไม่มีออกซิเจนได้
• Spatial Frequency Domain Imaging (SFDI): เทคนิคการสะท้อนแสงที่ใช้ตรวจหาความเสียหายใต้ผิวหนัง เช่น รอยช้ำหรือแผลไหม้ โดยการตรวจสอบระดับฮีโมโกลบิน

การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ

การประยุกต์ใช้ในด้านชีวโฟโตนิกส์ (Biophotonics) มีความหลากหลาย เช่น การรักษาปานแดง (Port-wine stain), การลบรอยสัก, การตรวจหาเลือดออกในผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมอง, การตรวจมะเร็งผิวหนังและรอยโรคในช่องปากโดยไม่ต้องผ่าตัด และการติดตามผลของการทำเคมีบำบัดในผู้ป่วยมะเร็งเต้านม

นอกจากนี้ สถาบันยังได้ร่วมมือกับผู้พิพากษา David O. Carter เพื่อพัฒนาโปรแกรมลบรอยสักแก๊งสำหรับผู้ที่ได้รับการปล่อยตัวชั่วคราว เพื่อช่วยให้พวกเขาสามารถกลับเข้าสู่สังคมและหางานทำได้ง่ายขึ้น ซึ่งเป็นการเพิ่มโอกาสในการมีรายได้และสร้างเป้าหมายในชีวิต