Все живые организмы испускают слабое свечение. Может ли оно стать инструментом медицины?
Ученые все активнее изучают сверхслабое свечение живых клеток — биофотоны. В будущем они могут помочь диагностировать рак, болезнь Альцгеймера и другие заболевания, а также раскрыть неизвестные способы общения клеток.
МОСКВА, 29 июля. Исследователи все ближе подходят к практическому использованию сверхслабого свечения живых организмов, известного как биофотоны. Эти крайне слабые вспышки света возникают в процессе обмена веществ внутри клеток и могут стать новым способом ранней диагностики заболеваний, а также помочь понять фундаментальные механизмы взаимодействия клеток. Об этом говорится в обзорной статье, опубликованной в журнале Nature.
Интерес к теме резко вырос после того, как физики в 2025 году получили изображения живых мышей, испускающих слабое свечение, невидимое человеческому глазу. Использовав высокочувствительную охлаждаемую камеру, ученые показали, что после смерти животных это свечение практически полностью исчезает.
Биофотоны образуются во время нормальной работы клеток, главным образом в митохондриях, где происходит выработка энергии. При этом образуются активные формы кислорода, которые, переходя из возбужденного состояния в стабильное, испускают отдельные фотоны света. Такое излучение чрезвычайно слабое — всего несколько десятков или сотен фотонов на квадратный сантиметр в секунду.
Исследователи установили, что интенсивность свечения возрастает при стрессе, воспалении, повреждении тканей и других процессах, сопровождающихся усилением окислительного стресса. В экспериментах с листьями растений ученые наблюдали, как после небольшого надреза в месте повреждения возникала яркая вспышка биофотонов, а затем область свечения постепенно распространялась по ткани.
Именно поэтому биофотоны рассматриваются как потенциальный биомаркер различных заболеваний. Повышенный уровень окислительного стресса характерен для многих патологий, включая онкологические, сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания.
Несколько научных групп уже исследуют возможность использования такого свечения для диагностики рака. Итальянские ученые обнаружили различия в характере излучения между здоровыми клетками мозга и клетками глиобластомы. Аналогичные результаты получены для здоровых и злокачественных клеток кожи. Сейчас проводятся исследования с участием добровольцев, которые должны показать, можно ли различать доброкачественные и злокачественные образования кожи без проведения биопсии.
Есть и первые результаты, связанные с болезнью Альцгеймера. Канадские исследователи обнаружили различия в свечении тканей гиппокампа здоровых крыс и животных с экспериментальной моделью заболевания. В перспективе ученые рассматривают возможность создания миниатюрных фотонных датчиков для непрерывного контроля состояния мозга.
Еще более спорной остается гипотеза о том, что сами клетки способны использовать биофотоны как средство передачи информации. Еще в 1920-х годах советский биолог Александр Гурвич предположил, что клетки могут обмениваться ультрафиолетовыми сигналами. Современные эксперименты действительно фиксируют случаи, когда клетки, разделенные прозрачной перегородкой, влияют друг на друга, однако убедительных доказательств того, что именно биофотоны являются каналом такой связи, пока нет.
По мнению специалистов, сегодня главная практическая перспектива исследований связана именно с медицинской диагностикой. Если удастся создать достаточно чувствительные приборы, биофотоны смогут стать новым неинвазивным способом оценки состояния тканей, выявления ранних признаков заболеваний и контроля эффективности лечения. Возможность существования световой системы коммуникации между клетками пока остается научной гипотезой, требующей дальнейших исследований.
Интерес к теме резко вырос после того, как физики в 2025 году получили изображения живых мышей, испускающих слабое свечение, невидимое человеческому глазу. Использовав высокочувствительную охлаждаемую камеру, ученые показали, что после смерти животных это свечение практически полностью исчезает.
Биофотоны образуются во время нормальной работы клеток, главным образом в митохондриях, где происходит выработка энергии. При этом образуются активные формы кислорода, которые, переходя из возбужденного состояния в стабильное, испускают отдельные фотоны света. Такое излучение чрезвычайно слабое — всего несколько десятков или сотен фотонов на квадратный сантиметр в секунду.
Исследователи установили, что интенсивность свечения возрастает при стрессе, воспалении, повреждении тканей и других процессах, сопровождающихся усилением окислительного стресса. В экспериментах с листьями растений ученые наблюдали, как после небольшого надреза в месте повреждения возникала яркая вспышка биофотонов, а затем область свечения постепенно распространялась по ткани.
Именно поэтому биофотоны рассматриваются как потенциальный биомаркер различных заболеваний. Повышенный уровень окислительного стресса характерен для многих патологий, включая онкологические, сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания.
Несколько научных групп уже исследуют возможность использования такого свечения для диагностики рака. Итальянские ученые обнаружили различия в характере излучения между здоровыми клетками мозга и клетками глиобластомы. Аналогичные результаты получены для здоровых и злокачественных клеток кожи. Сейчас проводятся исследования с участием добровольцев, которые должны показать, можно ли различать доброкачественные и злокачественные образования кожи без проведения биопсии.
Есть и первые результаты, связанные с болезнью Альцгеймера. Канадские исследователи обнаружили различия в свечении тканей гиппокампа здоровых крыс и животных с экспериментальной моделью заболевания. В перспективе ученые рассматривают возможность создания миниатюрных фотонных датчиков для непрерывного контроля состояния мозга.
Еще более спорной остается гипотеза о том, что сами клетки способны использовать биофотоны как средство передачи информации. Еще в 1920-х годах советский биолог Александр Гурвич предположил, что клетки могут обмениваться ультрафиолетовыми сигналами. Современные эксперименты действительно фиксируют случаи, когда клетки, разделенные прозрачной перегородкой, влияют друг на друга, однако убедительных доказательств того, что именно биофотоны являются каналом такой связи, пока нет.
По мнению специалистов, сегодня главная практическая перспектива исследований связана именно с медицинской диагностикой. Если удастся создать достаточно чувствительные приборы, биофотоны смогут стать новым неинвазивным способом оценки состояния тканей, выявления ранних признаков заболеваний и контроля эффективности лечения. Возможность существования световой системы коммуникации между клетками пока остается научной гипотезой, требующей дальнейших исследований.
