211service.com
Lasers gemaakt van menselijke cellen
 Levende laser: deze levende cel, die een grote hoeveelheid groen fluorescerend eiwit maakt, vormt de kern van een nieuw laserontwerp. Krediet: Malte Verzamel. |
Onderzoekers van de Harvard Medical School en het Massachusetts General Hospital in Boston hebben een laser gemaakt op basis van levende cellen. Ze waren gemotiveerd om een van de fundamentele beperkingen van biologische beeldvorming te overwinnen: het is erg moeilijk om zichtbaar en infrarood licht in en uit het lichaam te krijgen.
Levende lasers hebben een paar basisonderdelen die uit dezelfde lijst komen als elke laser. Ten eerste hebben de onderzoekers menselijke levercellen genetisch gemodificeerd, zodat ze grote hoeveelheden groen fluorescerende eiwitten produceren die door de cel zijn verspreid. Een cel die deze eiwitten draagt, fungeert als het versterkingsmedium - het deel van de laser dat de lichtenergie versterkt. ‘
Zoals elke laser heeft de cellaser een energiebron nodig om hem te pompen en de kracht van het licht dat hij kan uitstralen te vergroten. De onderzoekers pompten de levende lasers op door de cellen met licht door een microscoop te pulseren. Terwijl licht in de cel rondkaatst en opnieuw wordt uitgezonden door de fluorescerende eiwitten, wordt het versterkt, neemt het in kracht toe voordat het in een coherente straal wordt uitgezonden. Om ervoor te zorgen dat het licht zo lang mogelijk blijft rondkaatsen en om zoveel mogelijk vermogen te krijgen, plaatste de Boston-groep deze cellen in een biocompatibele optische holte - in wezen een klein, sterk reflecterend, celvormig gaatje.
In een paper in Natuurfotonica , suggereren de Boston-onderzoekers dat levende lasers zouden helpen om lichtgecodeerde informatie in en uit het lichaam te krijgen. Deze levende lasers verschillen fundamenteel van cellen die eenvoudig fluorescerende eiwitten maken: een laser zendt per definitie een sterke, coherente lichtstraal uit. Laserlicht is geweldig om informatie over afstanden te vervoeren, of dat nu van land tot land is in de optische vezels die de ruggengraat van internet vormen.
Optical imaging labels kunnen rapporteren over de moleculaire werking van weefsels en cellen in het lichaam. Fluorescerende eiwittags die zichtbaar of infrarood licht uitzenden, zijn nu veelvoorkomende hulpmiddelen voor het bestuderen van celbiologie in reageerbuizen. Maar het is moeilijk om dergelijk licht in en uit het lichaam te krijgen, omdat licht zich verspreidt als het door biologische weefsels gaat. Levende lasers, als ze worden omgezet in praktische systemen, hebben het potentieel om dat te veranderen. Je kunt je voorstellen dat je een hybride levend-niet-levend medisch implantaat onder de huid hebt dat een stroom aan informatie zou uitstralen over bijvoorbeeld biomarkers in het bloed.
De grootste uitdaging bij elk nieuw soort laser is om erachter te komen hoe je het op een praktische manier kunt pompen. Het gebruik van een microscoop om de levende lasers te pompen is een goede manier om te bewijzen dat ze werken, maar het is niet zo praktisch voor toepassingen. Lasers kunnen worden gepompt met elektriciteit of licht, maar hoe zou dat in het lichaam worden bereikt?
Misschien kan dit werk aansluiten bij andere projecten gericht op de ontwikkeling van implanteerbare elektronica. Andere groepen hebben al implanteerbare lichtbronnen en elektrische diodes ontwikkeld die een levende laser zouden kunnen pompen. Een groep aan de University of Illinois en Tufts University heeft bijvoorbeeld biocompatibele en hoogwaardige LED's, transistors, elektroden en andere elektronica gemaakt en heeft aangetoond dat ze werken wanneer ze worden geïmplanteerd in levende dieren.