211service.com
Lasrar gjorda av mänskliga celler
 Levande laser: Denna levande cell, som gör en stor mängd grönt fluorescerande protein, är kärnan i en ny laserdesign. Kredit: Malte Gather. |
En laser baserad på levande celler har skapats av forskare vid Harvard Medical School och Massachusetts General Hospital i Boston. De var motiverade att övervinna en av de grundläggande begränsningarna för biologisk avbildning: det är mycket svårt att få synligt och infrarött ljus in och ut ur kroppen.
Levande lasrar har några grundläggande delar som är ritade från samma lista som vilken laser som helst. Först genetiskt modifierade forskarna mänskliga leverceller så att de producerar stora mängder grönt fluorescerande proteiner som är utspridda i hela cellen. En cell som bär dessa proteiner fungerar som förstärkningsmedium - den del av lasern som förstärker ljusenergi. ’
Som vilken laser som helst behöver celllasern en energikälla för att pumpa den och öka kraften hos det ljus som den kan avge. Forskarna pumpade de levande lasrarna genom att pulsera cellerna med ljus genom ett mikroskop. När ljus studsar runt inuti cellen och återutsänds av de fluorescerande proteinerna, förstärks det och ökar i kraft innan det sänds ut i en koherent stråle. För att hålla ljuset studsande så länge som möjligt, för att få så mycket kraft som möjligt, placerade Boston-gruppen dessa celler i en biokompatibel optisk hålighet - i huvudsak ett litet, mycket reflekterande, cellformat hål.
I en tidning i Naturfotonik , föreslår forskarna i Boston att levande lasrar skulle hjälpa till att få ljuskodad information in i och ut ur kroppen. Dessa levande lasrar skiljer sig fundamentalt från celler som helt enkelt gör fluorescerande proteiner: per definition avger en laser en stark, koherent ljusstråle. Laserljus är utmärkt för att transportera information över avstånd, oavsett om det är från land till land i de optiska fibrerna som utgör ryggraden på internet.
Optiska avbildningsetiketter kan rapportera om det molekylära arbetet hos vävnader och celler i kroppen. Fluorescerande proteintaggar som avger synligt eller infrarött ljus är nu vanliga verktyg för att studera cellbiologi i provrör. Men att få sådant ljus in och ut ur kroppen är svårt eftersom ljus diffunderar när det passerar genom biologiska vävnader. Levande lasrar, om de görs till praktiska system, har potential att förändra det. Man kan tänka sig att ha ett hybrid levande-icke-levande medicinskt implantat under huden som skulle stråla ut en ström av information om till exempel biomarkörer i blodet.
Den största utmaningen med alla nya typer av laser är att ta reda på hur man pumpar den på ett praktiskt sätt. Att använda ett mikroskop för att pumpa de levande lasrarna är ett bra sätt att bevisa att de fungerar men det är inte så praktiskt för applikationer. Lasrar kan antingen pumpas med elektricitet eller ljus, men hur skulle det åstadkommas inuti kroppen?
Kanske kan detta arbete passa ihop med andra projekt inriktade på att utveckla implanterbar elektronik. Andra grupper har redan utvecklat implanterbara ljuskällor och elektriska dioder som kan pumpa en levande laser. En grupp vid University of Illinois och Tufts University, till exempel, har gjort biokompatibla och högkvalitativa lysdioder, transistorer, elektroder och annan elektronik, och har visat att de fungerar när de implanteras i levande djur.