Pentru toți acei biologi celulari care au avut o singură solicitare - celule echipate cu fascicule laser frickin 'miniaturale - o echipă de la Harvard a făcut efectiv acest lucru. Capacitatea de a direcționa lasere minuscule într-o călătorie fantastică în interiorul corpului ar putea permite o serie de aplicații medicale, de la furnizarea de medicamente până la urmărirea creșterii tumorii.
Continut Asemanator
- Pentru a scăpa de gunoi, trageți-l cu lasere
- Undele sonore ar putea ajuta la găsirea celulelor de cancer evazive
„Sperăm să utilizăm celula ca o mașină biologică, programată de ADN-ul din interior, care să poată livra un laser către o țintă”, explică Seok-Hyun (Andy) Yun de la Harvard Medical School.
Lumina este utilizată pentru a vedea în interiorul celulelor cu instrumente precum endoscopul cu o singură celulă, dar utilizarea sa a fost limitată la locații mai accesibile precum pielea, deoarece lumina ei nu pătrunde bine în țesutul mai profund. Adăugarea de coloranți și proteine fluorescente la celule poate ajuta oamenii de știință să le localizeze și să le examineze în interiorul corpului. Dar aceste proceduri produc un spectru larg de emisii, ceea ce poate face dificilă selectarea datelor specifice celulelor dintre toate emisiile de fond produse de moleculele din țesutul biologic.
Introduceți microlaserul, care poate oferi o modalitate mult mai precisă și mai penetrantă de a imagina, monitoriza și poate chiar ajuta celulele vii.
„Vrem să reinventăm laserul pentru aplicații medicale”, spune Yun. „În loc să împrumutați laserele care au fost inventate de industrie din diferite alte motive, am făcut-o cu un material biologic și foarte mic, astfel încât poate fi implantat sau injectat în corp cu puține probleme pentru a face aplicații bazate pe lumină. unde în prezent nu este practic să oferim lumină. ”
Un laser tipic excită atomii astfel încât aceștia emit lumină la o anumită lungime de undă, apoi răsună lumina între o pereche de oglinzi pentru a amplifica efectul. Unul dintre oglinzi este parțial transparent, ceea ce permite scăpării luminii într-un fascicul îngust - acela este laserul. Cheia construirii unui laser în interiorul unei celule este crearea unui microrezonator optic - o versiune în miniatură a acestei configurații care limitează lumina, astfel încât să circule în interiorul unei sfere mici, unde este prinsă prin refracție la suprafața sferei.
Echipa lui Yun a făcut acest lucru în două moduri diferite. O versiune moale a fost făcută prin injectarea unei picături mici de ulei sau lipide de grăsimi naturale amestecate cu un colorant fluorescent într-o celulă. O versiune tare a folosit în schimb perle fluorescente de polistiren. În fiecare caz, întreaga celulă a fost emoționată de un puls nanosecund care a produs lumină, care apoi a rămas prinsă în interiorul sferei.
„Este ca atunci când te afli într-o cameră goală și o anumită frecvență vocală devine rezonantă”, explică Yun. „Dar dacă camera este stoarsă, dacă forma și dimensiunea se schimbă, frecvența de rezonanță se modifică și ea. Același lucru facem, în principiu, cu scara frecvenței optice. O anumită lumină este rezonantă și, pe măsură ce circulă cavitatea, se amplifică și, în cele din urmă, se transformă în ieșirea cu laser. "
Precizia extremă a acelei ieșiri este un lucru care face ca laserele minuscule să fie atât de promițătoare. Versiunile de picături moi se schimbă într-un mod atât de ușor atunci când sunt sub tensiune, iar această deformare face o schimbare vizibilă în spectrul de emisie al laserului, astfel încât modificările minime ale celulei pot fi înregistrate în detaliu fin. În mod similar, echipa poate produce lasere cu lungimi de undă ușor diferite, modificând dimensiunea perlelor dure - care să le permită să coloreze în mod unic o celulă individuală și să poată eticheta mii de celule diferite într-un singur țesut, potrivit cercetării publicate săptămâna aceasta în Nature Photonics .
O imagine confocală a unei singure celule grase arată o picătură lipidică mare (portocalie) și nucleul celulelor mici (albastru). Picatura de lipide din interiorul celulei poate fi folosită ca un laser natural. (Matjaž Humar și Seok Hyun Yun) 
O fibră optică este introdusă într-o bucată de piele de porc pentru a stimula lumina laser generată de celulele grase subcutanate. (Matjaž Humar și Seok Hyun Yun) 
O imagine confocală arată celulele (verde), nucleele lor (albastru) și picăturile de ulei injectate (roșii) care acționează ca lasere deformabile în interiorul celulelor. (Matjaž Humar și Seok Hyun Yun) 
Un număr de celule care conțin lasere (verzi), care pot fi utilizate pentru a eticheta în mod unic mii de celule. (Matjaž Humar și Seok Hyun Yun) Celulele vii sunt mecanismul ideal de livrare pentru a obține aceste microlasere unde pot face cel mai bine. De exemplu, celulele imune pot fi orientate pentru a răspunde la probleme specifice, astfel încât acestea ar putea livra un laser pentru a se lega cu o tumoare sau altă locație a bolii. Odată poziționat, o lumină laser bine reglată ar putea efectua orice număr de aplicații.
„Vârfurile spectrale ale laserului sunt foarte sensibile la mediul local și puteți proiecta laserul astfel încât să sesizeze anumiți biomarkeri și să schimbe lungimea de undă a ieșirii atunci când se schimbă chiar și în schimburi minuscule”, notează Yun. Acest lucru înseamnă că laserul poate furniza informații extrem de detaliate despre suprafețele celulare, hormoni și chiar producția de proteine a celulei. Laserele ar putea fi, de asemenea, folosite pentru a eticheta celulele individuale și, astfel, să picteze o imagine mult mai detaliată despre modul în care un obiect mai mare, precum o tumoră, se schimbă în timp.
„Ai putea vedea exact unde merg celulele individuale în corp, care metastazează mai devreme decât altele, și studiați creșterea contracției unei tumori la nivelul celulelor individuale”, spune Yun.
Poate cel mai promițător dintre toate este potențialul de a nu doar să monitorizeze aspecte ale sănătății umane, ci să le îmbunătățească activ, adaugă el: „Aceste celule echipate cu laser ar putea fi, de asemenea, potențial încărcate cu medicamente activate cu lumină și livrate într-o anumită locație, unde ar putea fi folosit pentru a ucide o tumoră, de exemplu. ”
