( Апрель 2025, idb@kiwiarxiv )
Идея о том, что медицина — это ещё один важный путь к проникновению в тайны устройства вселенной, пока что звучит необычно и вызывающе. Но вместе с новыми открытиями и достижениями, происходящими ныне на пересечении медицины и физики, странные прежде концепции постепенно превращаются в самоочевидные факты.
Обложка одного из апрельских выпусков журнала Science оформлена красивой картинкой, иллюстрирующей новое достижение учёных в области медицинских технологий. Подпись к картинке тоже получилась удачная и интригующая: «ЗВУЧИТ КАК ИЗОБРАЖЕНИЕ.»
О сути собственно достижения рассказывает в журнале краткая — на страницу — авторская статья-реферат «Нелинейная микроскопия звуковых листов: Визуализация непрозрачных органов на уровнях капиллярного и клеточного масштаба» [o1]. Что же касается полного текста большой научной статьи со множеством иллюстраций, то и её без проблем можно найти/скачать в интернете [o2].
Интересная разработка получила от авторов название NSSM (Nonlinear Sound-Sheet Microscopy). И если описывать эту новую концепцию совсем вкратце, то можно, наверное, говорить, что в ней разработчикам удалось очень плодотворно скрестить и продвинуть уже хорошо освоенные медициной технологии ультразвукового сканирования и компьютерной томографии с контрастным усилением.
Здесь, однако, нас особо интересует не очевидная прикладная ценность данной технологии, а нечто иное. «Метафорически-фундаментальная» (скажем так) значимость этой новой концепции для понимания устройства Вселенной как множества вложенных друг в друга миров живой акусто-оптической голограммы.
По этой причине рассказ о NSSM выстроен из двух разных частей, каждую из которых для наглядности иллюстрируют различные картинки. Изображающие, в сущности, одно и то же, но с иначе расставленными акцентами.
Сделано же так для более ясного перехода к неожиданной третьей, финальной части рассказа. Очерчивающей два разных — фундаментальный и прикладной — аспекты в древней мифологии народов планеты…
Что это и зачем
НА ОБЛОЖКЕ: Перекрёстно распространяющиеся ультразвуковые волны визуализируют тонкий слой ткани с кровеносными сосудами, питающими опухоль. Акустические волны взаимодействуют с рассеивающими звук зондами (изображены оранжевым), которые генетически встроены в раковые клетки или же введены инъекцией в кровоток для визуализации капиллярных сосудов. Белые пунктирные линии обозначают ранее просканированные слои и общий объём ткани, исследуемой технологией нелинейной микроскопии ультразвуковых листов.
Хотя методы ультразвуковых исследований и диагностики (УЗИ) используются в медицине давно и повсеместно, пока что эта полезнейшая технология не даёт возможности наблюдать ткани организма на уровне клеточного строения. Ныне, однако, физиками TU Delft, Технического университета Делфта разработан новый метод микроскопии, основанный на нелинейных особенностях ультразвука и позволяющий без повреждений тела наблюдать деятельность его живых органов в масштабе капилляров и клеток. То есть делать именно то, что прежде было невозможно. [o3]
Баптист Хейлс (Baptiste Heiles), возглавлявший группу делфтских разработчиков, комментирует суть так: «Клинические ультразвуковые исследования, типа тех, что применяются для сканирования беременных, позволяют получать изображения частей тела в режиме реального времени. Они позволяют диагностировать различные заболевания или наблюдать за развитием младенца. Однако то, что происходит на микроскопическом уровне, остаётся сокрытым.»
Это позволяют делать современные оптические микроскопы, но им (поясняет Хейлс) чаще всего для визуализации требуются неживые образцы. То есть интересующий образец ткани или орган необходимо извлекать из тела и обрабатывать, из-за чего утрачивается возможность отслеживать активность клеток с течением времени.
Группе же учёных из TU Delft, работавшим в сотрудничестве с Нидерландским институтом нейронауки и американским Калтехом, удалось создать неинвазивную ультразвуковую технологию для получения микроскопических объёмных изображений живых тканей и органов в реальном времени. 3D-изображения клеток и капилляров внутри целых органов в объемах размером с кубик сахара делаются благодаря нелинейным особенностям ультразвука и специальным методам контрастирования.
Ключом к новому методу ультразвуковой визуализации NSSM стало применение звукорассеивающего зонда, разработанного в лаборатории Shapiro Lab Калифорнийского технологического института. Этот зонд представляет собой крошечный, наномасштабного размера газонаполненный пузырёк, который «светится» на ультразвуковых изображениях, делая клетки видимыми. Эти пузырьки имеют белковую оболочку, свойствами которой исследователи могут манипулировать с помощью генетического кодирования, настраивая резонансную яркость пузырьков на изображениях.
Нелинейная ультразвуковая микроскопия раковой опухоли (слева) и капилляров головного мозга (справа)
В NSSM эти газовые микропузырьки используются для отслеживания и визуализации раковых клеток в динамике их развития. А также в качестве микрозондов, циркулирующих в кровотоке и позволяющих визуализировать капилляры в живом головном мозге. Поскольку микропузырьковые зонды уже официально одобрены для клинического применения, у технологии NSSM есть реальные возможности появиться в больницах буквально через несколько лет.
Как это устроено
Пояснения к иллюстрации, сопровождающей пресс-релиз Делфтского университета о NSSM: Голубые линии изображают две ультразвуковые волны, пересекающиеся в форме буквы Х для сканирования клеток и капилляров в тканях организма. Клетки и капиллярные сосуды заранее помечены ультразвуковыми зондами (бирюзового и розовового цвета), благодаря которым они светятся на ультразвуковых изображениях.
Статья авторов NSSM в Science описывает суть их разработки так [o1]:
На сегодня одним из наиболее информативных методов наблюдения за динамикой клеточных процессов в живых организмах является флуоресцентная микроскопия плоскостного освещения (Light-Sheet Fluorescence Microscopy, LSFM), позволяющая усиливать эффекты применения генетически закодированных флуоресцентных зондов или «репортёров». К сожалению, оптическая микроскопия фототоксична для клеток и по-прежнему ограничена исследованиями лишь тонких прозрачных образцов.
Физика высокочастотного ультразвука, с другой стороны, идеально подходит для визуализации жизни клеток в организме, обеспечивая сочетание глубокого проникновения в ткани и высокого пространственно-временного разрешения.
Кроме того, новые возможности для исследований клеточных функций в организме предоставляет недавнее внедрение генетически кодируемых газовых везикул (GV) — в качестве “зелёного флуоресцентного белка для ультразвука” .
А чтобы наделить ультразвук возможностями, аналогичными тем, что даёт оптическая микроскопия флуоресцентных белков, требуются такие быстрые методы объёмной ультразвуковой визуализации с высоким разрешением, которые способны визуализировать гены акустических репортёров и акустические биодатчики.
Разработанная авторами концепция нелинейной микроскопии звуковых листов (NSSM) предоставляет метод, способный детектировать в тонких слоях живой ткани как генетически кодируемые везикулы (GV), так и синтетические микропузырьки (MB) в липидной оболочке.
Фундаментальная идея, лежащая в основе этого метода, заключается в модуляции акустического давления вдоль главного лепестка бездифракционных ультразвуковых пучков, чтобы сосредоточить нелинейное рассеяние звука пузырьками (GV и MB) в пределах тонкого листа ткани. Поскольку GV и MB реагируют на повышение уровня акустического давления нелинейно, их можно отличить от окружающих тканей, которые реагируют на повышение уровня давления линейным образом.
Чтобы максимально увеличить объёмное поле зрения NSSM, метод визуализации был разработан на базе класса высокочастотных ультразвуковых преобразователей, именуемых RCA или массивы с адресацией по строкам и столбцам (Row-Column–Addressed arrays). В описываемой экспериментальной реализации объёмное поле зрения составило приблизительно 1 кубический сантиметр.
На схемах из статьи [o2] поясняется суть концепции нелинейной микроскопии звуковых листов:
(А) Конструкция матрицы RCA состоит из длинных и тонких элементов-трансдюсеров, собранных в виде строк (красный цвет) и колонок (синий);
(Б) Вверху, сегмент (суб-апертура) элементов-колонок испускает перекрёстную (или X-) волну. Внизу, рассеянные эхо-сигналы принимаются элементами-строками.
(В) Вверху, пространственное ограничение (конфайнмент) нелинейной интенсивности ультразвука вдоль основного лепестка у луча X-волны, осуществляемое с помощью xAM, импульсов амплитудной модуляции. Внизу, три импульса xAM, модулирующие акустическое давление вдоль основного лепестка у луча X-волны.
(Г) Вверху, формирование электронного отображение звукового листа микросканирования вдоль одного из элементов массива RCA. Внизу, процесс ортогонального микросканирования звуковых листов.
(Д) Результаты детектирования резонансного микропузырька (MB): вверху, линейным методом SSM; внизу, нелинейным методом NSSM с применением X-волны.
Первичная оценка способностей NSSM выявлять и визуализировать в трёх измерениях бактериальные акустические зонды (гены репортёров) была сделана на Escherichia coli. То есть на бактерии кишечной палочки E. coli, в науке стабильно выступающей в качестве «модельного организма» не только в микробиологии, но и в биофизике [i1].
В данном случае E. coli были специально обработаны генетически закодированными пузырьками (GV), нелинейно рассеивающими ультразвук. А затем и надежно выявлены в двух ортогональных направлениях RCA-матрицы, работавшей с ультразвуком 15 МГц.
Далее разработчиками NSSM были успешно решены прикладные задачи медицины, описанные в предыдущей части. Мы же переходим к разделу неочевидных, но весьма глубоких аналогий и метафор.
Фундаментальная и прикладная мифология
Одна из центральных идей проекта kniganews — это то, что многие из важных достижений современной науки в некотором смысле возвращают людям знания, известные человечеству с древнейших времён. Известные, но давно забытые. [i2]
Потому что в древности знания эти были закодированы в форме фантастических мифов, реальная суть которых могла быть постигнута лишь на уровне интуитивных прозрений и сосредоточенных размышлений. Людей, занимающихся подобными вещами всерьёз, в любые времена было немного. Так что в итоге — по прошествии веков и тысячелетий — реальные глубины мифологии оказались утрачены, а на поверхности осталась лишь странная и часто нелепая фантастика.
Ну а теперь, с опорой на богатые арсеналы науки и техники, те же самые «знания древних» уже вполне могут быть освоены на куда более убедительных уровнях физико-математических теорий и подтверждающих их экспериментальных фактов.
Применительно к конкретно рассматриваемому здесь открытию новой медицинской технологии NSSM эта очень общая идея естественным образом сопрягает достижения акустики, оптики и голографии с древнейшим мифом о Первочеловеке.
Такого рода Первый Человек, известный под именем Пань-гу в китайской мифологии, под именем Пуруша в мифологии индийской, и под множеством других имён у прочих древних народов планеты, олицетворял собой всю Вселенную в её изначальном виде.
Появившийся из Космического Яйца, гигантский первочеловек Пань-гу стал космосом, первым делом разделив первичный хаос на две части, Инь и Ян (олицетворяющие неразрывное единство противоположных начал: землю и небо, тёмное и светлое, женское и мужское и т. д.). После чего различные части тела и органы Первочеловека превратились в разные части мироздания: солнце, луну, звезды, реки, моря и всё-всё прочее…
Для людей, знакомых с принципами голографии, где любой, даже самый мелкий фрагмент голограммы воспроизводит картину целого, но с меньшим числом подробностей, фантастический миф о Первочеловеке отчётливо передаёт именно эту идею.
Изучая устройство человека, мы одновременно познаём устройство Вселенной.
А чтобы в этом контексте стала лучше понятна роль новой технологии NSSM, будет вполне к месту процитировать начало одного аналитического текста, опубликованного здесь примерно лет семь тому назад [i3] :
Когда мы смотрим на себя в зеркало, то что мы видим? Общую форму тела и голову-руки-ноги, кожу и волосы, лицо с глазами и ртом, плюс ещё несколько отверстий – полезных, смешных и волнующих. Но это, собственно, и всё…
Ни костный скелет со множеством мышц, ни сердце и лёгкие или прочие внутренние органы, ни наш мозг, наконец – то есть очень многое из того, что и делает наш организм человеческим – мы в зеркале не видим. Иначе говоря, наблюдать удаётся лишь весьма небольшой фрагмент целого, поскольку основная часть организма остаётся незримой.
Богатые знания о теле человека, накопленные за века исследований, дают, однако, основания для уверенности, что все эти обычно ненаблюдаемые вещи у нас обязательно имеются. Благодаря же достижениям науки мы неплохо представляем, как все эти компоненты устроены, как они работают и взаимосвязаны друг с другом.
В частности, среди прочего нам давно известно о единой клеточной структуре всех компонентов и о молекулярном составе клеток. На цифры состава имеет смысл обратить внимание: организм взрослого человека в среднем состоит на 70% из воды, на 25% из молекул органической химии и на 5% из молекул неорганической материи.
[. . .] Когда безоблачной ночью мы смотрим в небо, на ту необъятную вселенную, которая нас окружает, то что мы видим? Тёмное небо, луну, планеты и звёзды, тысячи звёзд. Это бывает потрясающе красивое зрелище, но в общем-то это всё, что мы можем наблюдать – даже в телескоп.
Благодаря науке и технике, однако, люди знают очень много вещей не только о природе далёких планет, звёзд и галактик, но даже о волнующей физике невидимых чёрных дыр. А самое главное, уже достоверно известно, что видим мы тут лишь очень небольшую долю вселенной – порядка 5%. Ещё примерно 25% приходится на незримую «тёмную материю», а основная доля порядка 70% – это ещё более загадочная «тёмная энергия».
Трудно не заметить соответствие цифр, характеризующих состав вселенной и состав нашего собственного тела. В отличие от организма человека, однако, наука абсолютно ничего не знает про «тёмные вещи» космоса – кроме собственно факта их существования. Идея о том, что соответствие цифр-пропорций тут может быть вовсе не случайным, выглядит вполне закономерной. Хотя и необычной, спору нет. Оттого, видимо, идею эту никто из учёных не разрабатывает.
Ибо проводить аналогии между наблюдением вселенной и наблюдением биологических организмов пока что в науке совершенно не принято. А потому никто и не видит целый комплекс достаточно отчётливых соответствий… [конец цитаты]
Далее процитированный текст углубляется в фундаментального масштаба тему «Квантовой биологии частиц» , здесь же особый акцент следует сделать на теме невидимых для нас или, иначе, «тёмных» вещей космоса. Ибо данные вещи вполне очевидно сопрягаются как с сугубо прикладной акусто-оптической технологией NSSM для проникновения в «невидимые» глубины человеческого организма (с одной стороны), так и с устройством вселенной как фундаментальной акусто-оптической голограммы (со стороны другой).
Если же для кого-то эти взаимосвязи отнюдь не очевидны, то для расширения кругозора и научного освоения забытых знаний древности можно порекомендовать такие тексты:
О нелинейной магии ультразвука и акусто-оптических технологиях транс-инструментальных коммуникаций Отто Кёнига для общения с незримой «потусторонней» частью вселенной [i4] ;
О топологической структуре «космического яйца» в виде вложенных друг в друга торов Клиффорда, о взаимно-ортогональных плоскостях Пространства и Времени и об X-волнах Сознания, обеспечивающих акустическую левитацию мембраны нашего мира, которая всегда разделяет вселенную на две половины [i5] ;
О фибрах души и физике левитирующих листов памяти вселенной как акустических потенциалах Горькова [i6];
О том, как мало мы в действительности видим из того, что происходит вокруг нас, на планете и в космосе. [i7]
# # #
Основные источники:
[o1] B. Heiles et al., Nonlinear sound-sheet microscopy: Imaging opaque organs at the capillary and cellular scale. Research Article Summary: SCIENCE 4 April 2025 • vol 388 issue 6742, page 46
[o2] B. Heiles et al., Science 388, eads1325 (2025). DOI: 10.1126/science.ads1325. The full article preprint at biorXiv: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.31.605825
[o3] Revealing capillaries and cells in living organs with ultrasound. Communication TNW — News, 03 April 2025
# #
Дополнительное чтение:
[i1] О том, как бактерия E. coli участвует в постижении тайны квантовой гравитации: Живая физика сверхтекучести (и при чем тут гравитация)
[i2] Там За Облаками (краткий путеводитель). Часть 7: Единство
[i3] Квантовая биология частиц
[i4] Нелинейная магия ультразвука
[i5] Четыре разума и одна большая память
kiwi arXiv 
Для отправки комментария необходимо войти на сайт.