211service.com
Lasery vyrobené z lidských buněk
 Živý laser: Tato živá buňka, která vytváří velké množství zelené fluorescenční bílkoviny, je jádrem nového laserového designu. Kredit: Malte Gather. |
Laser založený na živých buňkách vytvořili vědci z Harvard Medical School a Massachusetts General Hospital v Bostonu. Byli motivováni překonat jedno ze základních omezení biologického zobrazování: je velmi obtížné dostat viditelné a infračervené světlo dovnitř a ven z těla.
Živé lasery mají několik základních částí, které jsou čerpány ze stejného seznamu jako jakýkoli laser. Za prvé, vědci geneticky upravili lidské jaterní buňky tak, aby produkovaly velké množství zelených fluorescenčních proteinů, které jsou rozptýleny po celé buňce. Buňka nesoucí tyto proteiny funguje jako médium zisku – část laseru, která zesiluje světelnou energii. ‘
Jako každý laser potřebuje buněčný laser zdroj energie, který jej napumpuje a zvýší výkon světla, které může vyzařovat. Vědci napumpovali živé lasery pulzováním buněk světlem přes mikroskop. Jak se světlo odráží uvnitř buňky a je znovu emitováno fluorescenčními proteiny, je zesíleno a zvyšuje se jeho výkon, než je emitováno v koherentním paprsku. Aby se světlo odráželo co nejdéle a získalo co největší výkon, Bostonská skupina umístila tyto buňky do biokompatibilní optické dutiny – v podstatě malé, vysoce reflexní díry ve tvaru buňky.
V novinách v Fotonika přírody Bostonští vědci naznačují, že živé lasery by pomohly dostat světelně zakódované informace do těla a ven z těla. Tyto živé lasery se zásadně liší od buněk, které jednoduše vytvářejí fluorescenční proteiny: podle definice laser vysílá silný, koherentní paprsek světla. Laserové světlo je skvělé pro přenášení informací na velké vzdálenosti, ať už je to ze země do země v optických vláknech, které tvoří páteř internetu.
Optické zobrazovací štítky mohou informovat o molekulárním fungování tkání a buněk v těle. Fluorescenční proteinové štítky, které vyzařují viditelné nebo infračervené světlo, jsou nyní běžnými nástroji pro studium buněčné biologie ve zkumavkách. Ale dostat takové světlo dovnitř a ven z těla je obtížné, protože světlo při průchodu biologickými tkáněmi difunduje. Živé lasery, pokud se z nich vytvoří praktické systémy, mají potenciál to změnit. Lze si představit mít hybridní živý-neživý lékařský implantát pod kůží, který by například vysílal proud informací o biomarkerech v krvi.
Hlavní výzvou každého nového druhu laseru je zjistit, jak jej pumpovat praktickým způsobem. Použití mikroskopu k pumpování živých laserů je dobrý způsob, jak dokázat, že fungují, ale pro aplikace to není tak praktické. Lasery mohou být napumpovány elektřinou nebo světlem, ale jak by toho bylo dosaženo uvnitř těla?
Možná, že tato práce může zapadnout do dalších projektů zaměřených na vývoj implantabilní elektroniky. Jiné skupiny již vyvinuly implantovatelné světelné zdroje a elektrické diody, které by mohly pumpovat živý laser. Skupina na University of Illinois a Tufts University například vyrobila biokompatibilní a vysoce kvalitní LED diody, tranzistory, elektrody a další elektroniku a ukázala, že fungují, když jsou implantovány do živých zvířat.