Za vse tiste celične biologe, ki so imeli eno preprosto zahtevo - celice, opremljene z miniaturnimi lahkimi laserskimi žarki - je ekipa Harvarda dejansko to tudi uresničila. Sposobnost usmerjanja drobnih laserjev na fantastično plovbo v telesu bi lahko omogočila vrsto zdravniških aplikacij, od zagotavljanja zdravil do sledenja rasti tumorja.
Sorodne vsebine
- Če se želite znebiti vesoljske smeti, jo ustrelite z laserji
- Zvočni valovi bi lahko pomagali najti neučinkovite rakave celice
"Upamo, da bomo celico uporabili kot biološki stroj, ki ga sprogramira DNK znotraj, ki lahko lasersko odda ciljno površino, " razlaga Seok-Hyun (Andy) Yun z medicinske šole s Harvarda.
Svetloba se uporablja v notranjosti celic z instrumenti, kot je enocelični endoskop, vendar je bila njegova uporaba omejena na dostopnejša mesta, kot je koža, ker njegova svetloba ne prodre dobro v globlje tkivo. Dodajanje fluorescentnih barvil in beljakovin v celice lahko znanstvenikom pomaga, da jih opazijo in pregledajo v telesu. Toda ti postopki povzročajo širok spekter emisij, kar lahko oteži izbiro podatkov, specifičnih za celice, iz vseh ozadij emisij, ki jih proizvedejo molekule v biološkem tkivu.
Vnesite mikrolaser, ki morda ponuja veliko bolj natančen in prodoren način za sliko, spremljanje in morda celo pomoč živim celicam.
"Želimo izumiti laser za medicinsko uporabo, " pravi Yun. "Namesto da bi si izposodili laserje, ki jih je industrija iz različnih drugih razlogov izumila, smo jih naredili z biološkim materialom in zelo majhnim, tako da ga lahko vsadimo ali vbrizgamo v telo z malo težavami, da lahko naredimo aplikacije, ki temeljijo na svetlobi. kjer trenutno ni praktično oddajati svetlobe. "
Tipičen laser vzbudi atome tako, da oddajajo svetlobo na določeni valovni dolžini, nato pa odbija svetlobo med par zrcali, da poveča učinek. Eno od ogledal je delno prozorno, kar omogoča, da v ozkem snopu pobere nekaj svetlobe - to je laser. Ključ pri gradnji laserja v celici je ustvarjanje optičnega mikroresonatorja - miniaturna različica te nastavitve, ki svetlobo omeji tako, da kroži znotraj majhne krogle, kjer jo lomi refrakcija na površini krogle.
Yunova ekipa je to storila na dva različna načina. Mehka različica je bila narejena z vbrizgavanjem majhne kapljice olja ali naravnih maščobnih lipidov, pomešanih s fluorescentnim barvilom v celico. Trda različica je namesto tega uporabila fluorescenčne polistirenske kroglice. V vsakem primeru je celotno celico vzbujal nanosekundni impulz, ki je proizvajal svetlobo, ki se je nato ujela v kroglo.
"Tako je, ko si v prazni sobi in odmeva določena frekvenca glasu, " razloži Yun. "Toda če se prostor stisne, če se oblika in velikost spremenita, se spremeni tudi resonančna frekvenca. Enako storimo načeloma z optično frekvenčno lestvico. Določena svetloba odmeva in ko kroži po votlini, se ojača in se sčasoma spremeni v laserski izhod. "
Izjemna natančnost tega izhoda je ena stvar, zaradi katere so majhni laserji tako obetavni. Različice z mehkimi kapljicami spremenijo obliko tako zelo rahlo, ko so pod stresom in ta deformacija vidno spreminja emisijski spekter laserja, tako da je mogoče natančno zabeležiti celo minutne spremembe celice. Podobno lahko ekipa ustvari laserje z nekoliko različnimi valovnimi dolžinami s spreminjanjem velikosti trdih kroglic, kar jim omogoča enolično barvanje posamezne celice in potencialno označi na tisoče različnih celic v enem samem tkivu, kaže raziskava, objavljena ta teden v Nature Photonics .
Konfokalna slika ene same maščobne celice prikazuje veliko lipidno kapljico (oranžna) in jedro majhne celice (modra). Kaplja lipidov v celici se lahko uporablja kot naravni laser. (Matjaž Humar in Seok Hyun Yun) 
V košček prašičje kože se vstavi optično vlakno, da spodbudi lasersko svetlobo, ki jo ustvarijo podkožne maščobne celice. (Matjaž Humar in Seok Hyun Yun) 
Konfokalna slika prikazuje celice (zelene), njihova jedra (modra) in vbrizgane kapljice olja (rdeče), ki delujejo kot deformabilni laserji v celicah. (Matjaž Humar in Seok Hyun Yun) 
Številne celice, ki vsebujejo laserje (zelene), s katerimi lahko enolično označimo na tisoče celic. (Matjaž Humar in Seok Hyun Yun) Žive celice so idealen mehanizem za dostavo teh mikrolasers, kjer lahko dosežejo največ dobrega. Na primer, imunske celice so lahko usmerjene tako, da se odzovejo na specifične težave, zato lahko dobavijo laser, ki se veže s tumorjem ali drugo lokacijo bolezni. Ko je na mestu natančno nastavljena laserska svetloba, lahko izvede poljubno število aplikacij.
"Spektralni vrhovi laserja so zelo občutljivi na lokalno okolje in laser lahko oblikujete tako, da zazna določene biomarkerje in spremeni izhodno valovno dolžino, ko se spremenijo tudi v majhnih premikih, " ugotavlja Yun. To pomeni, da lahko laser zagotovi zelo podrobne informacije o celičnih površinah, hormonih in celo o proizvodnji celic beljakovin. Laserji bi lahko uporabili tudi za označevanje posameznih celic in tako narisali veliko bolj podrobno sliko, kako se večji predmet, kot je tumor, sčasoma spreminja.
"Natančno bi lahko videli, kje v telesu gredo posamezne celice, katere metastazirajo prej kot druge, in preučevali rast krčenja tumorja na ravni posamezne celice, " pravi Yun.
Morda najbolj obetaven od vseh je potencial ne le spremljati vidike človekovega zdravja, temveč jih tudi aktivno izboljševati, dodaja: "Te lasersko opremljene celice bi lahko potencialno naložili s svetlobno aktiviranimi zdravili in jih dostavili na določeno lokacijo, kjer so lahko na primer uporabimo za ubijanje tumorja. "
