Lāzeri, kas izgatavoti no cilvēka šūnām

Dzīvais lāzers: šī dzīvā šūna, kas veido lielu daudzumu zaļā fluorescējošā proteīna, ir jauna lāzera dizaina pamatā. Kredīts: Malte Gather.

Hārvardas Medicīnas skolas un Bostonas Masačūsetsas vispārējās slimnīcas pētnieki ir radījuši lāzeru, kura pamatā ir dzīvas šūnas. Viņi bija motivēti pārvarēt vienu no galvenajiem bioloģiskās attēlveidošanas ierobežojumiem: ir ļoti grūti dabūt redzamo un infrasarkano gaismu ķermenī un ārā no tā.

Dzīvajiem lāzeriem ir dažas pamata daļas, kas ir iegūtas no tā paša saraksta kā jebkurš lāzers. Pirmkārt, pētnieki ģenētiski modificēja cilvēka aknu šūnas, lai tās ražotu lielu daudzumu zaļo fluorescējošu proteīnu, kas ir izkaisīti pa visu šūnu. Šūna, kurā ir šie proteīni, darbojas kā pastiprināšanas vide — lāzera daļa, kas pastiprina gaismas enerģiju. '

Tāpat kā jebkuram lāzeram, šūnu lāzeram ir nepieciešams enerģijas avots, lai to sūknētu un palielinātu gaismas jaudu, ko tas var izstarot. Pētnieki sūknēja dzīvos lāzerus, pulsējot šūnas ar gaismu caur mikroskopu. Gaismai atlecot šūnā un to atkārtoti izstarot fluorescējošie proteīni, tā tiek pastiprināta, palielinoties jaudai, pirms tiek izstarota saskaņotā starā. Lai gaisma atspīdētu pēc iespējas ilgāk un iegūtu pēc iespējas lielāku jaudu, Bostonas grupa ievietoja šīs šūnas bioloģiski saderīgā optiskā dobumā - būtībā mazā, ļoti atstarojošā šūnveida caurumā.

Papīrā iekšā Dabas fotonika Bostonas pētnieki norāda, ka dzīvie lāzeri palīdzētu gaismā kodētu informāciju nogādāt ķermenī un ārā no tā. Šie dzīvie lāzeri būtiski atšķiras no šūnām, kas vienkārši veido fluorescējošus proteīnus: pēc definīcijas lāzers izstaro spēcīgu, saskaņotu gaismas staru. Lāzera gaisma ir lieliski piemērota informācijas pārnešanai lielos attālumos neatkarīgi no tā, vai tā ir no vienas valsts uz otru, izmantojot optiskās šķiedras, kas veido interneta mugurkaulu.

Optiskās attēlveidošanas etiķetes var ziņot par audu un šūnu molekulāro darbību organismā. Fluorescējošie proteīnu tagi, kas izstaro redzamo vai infrasarkano gaismu, tagad ir izplatīti instrumenti šūnu bioloģijas pētīšanai mēģenēs. Taču šādas gaismas iekļūšana ķermenī un ārā no tā ir sarežģīta, jo gaisma izkliedējas, ejot cauri bioloģiskajiem audiem. Dzīvajiem lāzeriem, ja tie tiek pārveidoti par praktiskām sistēmām, ir potenciāls to mainīt. Var iedomāties, ka zem ādas ir hibrīds dzīvs un nedzīvs medicīniskais implants, kas, piemēram, izstaro informācijas plūsmu par biomarķieriem asinīs.

Galvenais izaicinājums jebkura jauna veida lāzeram ir izdomāt, kā to praktiski sūknēt. Mikroskopa izmantošana dzīvo lāzeru sūknēšanai ir labs veids, kā pierādīt, ka tie darbojas, taču tas nav tik praktiski lietojams. Lāzerus var sūknēt ar elektrību vai gaismu, bet kā tas tiktu paveikts ķermeņa iekšienē?

Iespējams, šo darbu var saskaņot ar citiem projektiem, kas vērsti uz implantējamas elektronikas izstrādi. Citas grupas jau ir izstrādājušas implantējamus gaismas avotus un elektriskās diodes, kas varētu sūknēt dzīvu lāzeru. Piemēram, grupa Ilinoisas Universitātē un Tufts Universitātē ir izgatavojusi bioloģiski saderīgas un augstas kvalitātes gaismas diodes, tranzistorus, elektrodus un citu elektroniku un ir pierādījusi, ka tie darbojas, kad tos implantē dzīviem dzīvniekiem.

paslēpties