Za sve one ćelijske biologe koji su imali jedan jednostavan zahtjev - stanice opremljene minijaturnim frikcijskim laserskim snopovima - tim s Harvarda je to zapravo i učinio. Mogućnost usmjeravanja sićušnih lasera na fantastičnom putovanju u tijelu mogla bi omogućiti niz medicinskih aplikacija, od isporuke lijekova do praćenja rasta tumora.
Povezani sadržaj
- Da biste se riješili svemirske smeće, snimite je laserima
- Zvučni valovi mogu vam pomoći pronaći neuhvatljive stanice raka
"Nadamo se da ćemo upotrijebiti stanicu kao biološki stroj, programiran od strane DNK iznutra, koji može donijeti laser do cilja", objašnjava Seok-Hyun (Andy) Yun s Harvard Medical School.
Svjetlost se koristi da se unutar unutrašnjih stanica vide instrumenti poput jednoćelijskog endoskopa, ali njegova upotreba bila je ograničena na pristupačnija mjesta poput kože, jer svjetlost ne prodire dobro u dublje tkivo. Dodavanje fluorescentnih boja i proteina u stanice može pomoći znanstvenicima da ih uoče i dalje istražuju u tijelu. Ali ti postupci proizvode širok spektar emisija, što može otežati odabir podataka specifičnih za stanicu iz svih pozadinskih emisija koje proizvode molekule u biološkom tkivu.
Unesite mikrolaser koji može pružiti daleko precizniji i prodoran način slike, praćenja, a možda čak i pomoći živim stanicama.
"Želimo izmisliti laser za medicinske primjene", kaže Yun. "Umjesto da posuđujemo lasere koje je industrija izmislila iz raznih drugih razloga, napravili smo to biološkim materijalom i to vrlo malo, tako da se može implantirati ili ubrizgati u tijelo s malo problema da se napravi aplikacija na bazi svjetlosti. gdje trenutno nije praktično predati svjetlost. "
Tipični laser pobudi atome tako da oni odašilju svjetlost na određenoj valnoj duljini, a zatim odbija svjetlost između para zrcala da pojača učinak. Jedno od zrcala je djelomično prozirno, omogućujući svjetlu da istječe u uskom snopu - to je laser. Ključ za izgradnju lasera u stanici je stvaranje optičkog mikrorezonatora - minijaturna verzija ovog postava koja ograničava svjetlost tako da cirkulira unutar male sfere gdje je zarobljena refrakcijom na površini sfere.
Yunin tim je to učinio na dva različita načina. Soft verzija je napravljena ubrizgavanjem male kapi ulja ili lipida prirodne masti pomiješane s fluorescentnom bojom u ćeliju. Tvrda verzija je umjesto toga koristila fluorescentne polistirenske kuglice. U svakom slučaju, cijelu ćeliju pobudio je nanosekundni impuls koji je stvarao svjetlost, koja je potom postala zarobljena unutar sfere.
"To je kao kad ste u praznoj sobi i određena frekvencija glasa odjekuje", objašnjava Yun. "Ali ako se prostorija stisne, ako se oblik i veličina promijene, rezonantna frekvencija također se mijenja. Isto radimo u principu s optičkom frekvencijskom ljestvicom. Izvjesno svjetlo dobiva odjek i dok kruži kroz šupljinu, ona se pojačava i na kraju se pretvara u laserski izlaz. "
Izuzetna preciznost tog rezultata jedna je stvar zbog koje su sićušni laseri toliko obećavajući. Verzije mekih kapljica lagano mijenjaju oblik kada su pod stresom, a ta deformacija čini vidljivu promjenu u spektru emisije lasera, tako da se čak i sitne promjene u stanici mogu zabilježiti sitno. Slično tome, tim može proizvesti lasere malo različitih valnih duljina mijenjanjem veličine tvrdog zrnca - omogućavajući im da jedinstveno oboje pojedinačnu ćeliju i potencijalno označe tisuće različitih stanica unutar jednog tkiva, pokazalo je ovo istraživanje objavljeno ovog tjedna u časopisu Nature Photonics,
Konfokalna slika jedne masne ćelije prikazuje veliku kapljicu lipida (narančasta) i jezgro sitnih stanica (plava). Kapi lipida u stanici mogu se koristiti kao prirodni laser. (Matjaž Humar i Seok Hyun Yun) 
Optička vlakna umetnuta su u komad svinjske kože kako bi stimulirala lasersku svjetlost koju generiraju stanice potkožne masti. (Matjaž Humar i Seok Hyun Yun) 
Konfokalna slika prikazuje stanice (zelene), njihove jezgre (plave) i ubrizgane kapljice ulja (crvene) koje djeluju kao deformabilni laseri unutar stanica. (Matjaž Humar i Seok Hyun Yun) 
Broj ćelija koje sadrže lasere (zelene) pomoću kojih se može jedinstveno označiti tisuće ćelija. (Matjaž Humar i Seok Hyun Yun) Žive ćelije idealan su mehanizam za isporuku tih mikrolasera tamo gdje mogu učiniti najviše dobra. Na primjer, imunološke stanice mogu biti ciljane kako bi odgovorile na određene probleme, tako da bi mogle isporučiti laser za vezivanje s tumorom ili drugim mjestom bolesti. Jednom uvedena fino podešena laserska svjetlost mogla bi obaviti bilo koji broj aplikacija.
"Spektralni vrhovi lasera vrlo su osjetljivi na lokalno okruženje i laser možete dizajnirati tako da osjeti određene biomarkere i promijeni izlaznu valnu dužinu kad se promijene čak i u malim pomacima", napominje Yun. To znači da laser može pružiti vrlo detaljne informacije o staničnim površinama, hormonima, pa čak i staničnoj proizvodnji proteina. Laseri bi se također mogli upotrebljavati za označavanje pojedinih stanica i na taj način slikati daleko detaljniju sliku o tome kako se veći predmet, poput tumora, mijenja s vremenom.
"Mogli ste točno vidjeti gdje se nalaze pojedine stanice u tijelu, koje se metastaziraju ranije od drugih, i proučavati rast skupljanja tumora na razini pojedinačne stanice", kaže Yun.
Možda najviše obećava potencijal ne samo nadzirati aspekte ljudskog zdravlja, već i aktivno ih poboljšati, dodao je: "Ove ćelije opremljene laserom mogu se također puniti svjetlosno aktiviranim lijekovima i dostaviti na određeno mjesto, gdje se nalaze na primjer, mogli bi se upotrijebiti za uništenje tumora. "
