Kaikille niille solubiologille, joilla oli yksi yksinkertainen pyyntö - miniatyyrirakkoisilla lasersäteillä varustetut solut - Harvardin ryhmä on todella saanut sen tapahtumaan. Mahdollisuus ohjata pieniä lasereita fantastisella matkalla kehon sisällä voisi mahdollistaa lääketieteellisten sovellusten sarjan lääkkeiden toimittamisesta kasvaimen kasvun seuraamiseen.
Asiaan liittyvä sisältö
- Päästä eroon avaruusrumpusta, ammu se alas laserilla
- Ääniaallot voisivat auttaa löytämään ehtsiä syöpäsoluja
"Toivomme, että solua käytetään biologisena koneena, jonka sisällä oleva DNA on ohjelmoinut ja joka voi viedä laserin kohteeseen", selittää Seok-Hyun (Andy) Yun Harvardin lääketieteellisestä koulusta.
Valoa käytetään näkemään solujen sisäpuolella välineillä, kuten yksisoluinen endoskooppi, mutta sen käyttö on rajoitettu helpommin saavutettaviin paikkoihin, kuten iho, koska sen valo ei tunkeudu hyvin syvempään kudokseen. Fluoresoivien väriaineiden ja proteiinien lisääminen soluihin voi auttaa tutkijoita havaitsemaan ja tutkimaan niitä edelleen kehon sisällä. Mutta nämä menetelmät tuottavat laajan spektrin päästöjä, mikä voi vaikeuttaa soluspesifisen tiedon poimimista kaikista biologisen kudoksen molekyylien tuottamista taustaemissioista.
Syötä mikrolaseri, joka voi olla paljon tarkempi ja läpäisevä tapa kuvata, seurata ja ehkä jopa auttaa eläviä soluja.
"Haluamme keksiä laserin lääketieteellisiin sovelluksiin", Yun sanoo. "Sen sijaan, että lainaamme teollisuuden keksimää lasereita monista muista syistä, olemme valmistaneet sen biologisella materiaalilla ja hyvin pienellä, joten se voidaan implantoida tai injektoida vartaloon muutamalla ongelmalla tehdäkseen valopohjaisia sovelluksia. missä valon tuottaminen ei tällä hetkellä ole käytännöllistä. ”
Tyypillinen laser herättää atomeja siten, että ne lähettävät valoa tietyllä aallonpituudella, sitten pomppii valon peiliparien välillä tehostaakseen vaikutusta. Yksi peileistä on osittain läpinäkyviä, joten valoa pääsee kapeassa sädessä - se on laser. Avain laserin rakentamiseen solun sisäpuolelle on optisen mikroresonaattorin luominen - tämän version pienoisversio, joka rajoittaa valon siten, että se kiertää pienen pallon sisällä, missä se on loukussa taittumisen vaikutuksesta pallon pinnalla.
Yunin joukkue teki tämän kahdella eri tavalla. Pehmeä versio valmistettiin injektoimalla pieni tippa öljyä tai luonnollisia rasva-lipidejä sekoitettuna fluoresoivaan väriaineeseen soluun. Kova versio käytti sen sijaan fluoresoivia polystyreenihelmiä. Kummassakin tapauksessa koko solu herätettiin nanosekunnin pulssilla, joka tuotti valoa, joka sitten loukkui pallon sisällä.
"Se on kuin olisit tyhmässä huoneessa ja tietty äänitaajuus resonoi", Yun selittää. "Mutta jos tilaa puristetaan, jos muoto ja koko muuttuvat, myös resonanssitaajuus muuttuu. Teemme periaatteessa saman asian optisen taajuuden asteikolla. Tietyt valot resonoivat ja kun se kiertää onteloa, se vahvistetaan ja muuttuu lopulta laserlähdöksi. ”
Tuotoksen äärimmäinen tarkkuus on yksi asia, joka tekee pienistä lasereista niin lupaavia. Pehmeät pisaraversiot muuttavat muotoaan niin kevyesti stressin ollessa, ja että muodonmuutos tekee näkyvän muutoksen laserin säteilyspektriin, niin että jopa minuutin muutokset solussa voidaan tallentaa yksityiskohtaisesti. Samoin joukkue voi tuottaa hiukan erilaisilla aallonpituuksilla varustettuja lasereita muuttamalla kovien helmien kokoa - mahdollistaen sen, että ne yksilöivät yksilöivän solun yksilöllisesti ja merkitsevät mahdollisesti tuhansia erilaisia soluja yhdessä kudoksessa, viikolla Nature Photonics -julkaisussa julkaistun tutkimuksen mukaan. .
Konfokaalisessa kuvassa yksittäisestä rasvasolusta näkyy suuri lipidipisara (oranssi) ja pieni soluydin (sininen). Solun lipidipisaraa voidaan käyttää luonnollisena laserina. (Matjaž Humar ja Seok Hyun Yun) 
Valokuitu asetetaan sian ihonpalalle ihonalaisen rasvasolujen tuottaman laservalon stimuloimiseksi. (Matjaž Humar ja Seok Hyun Yun) 
Konfokaalinen kuva näyttää solut (vihreät), niiden ytimet (sininen) ja injektoidut öljypisarat (punaiset), jotka toimivat solujen muodonmuutoslaserina. (Matjaž Humar ja Seok Hyun Yun) 
Lukumäärä soluja, jotka sisältävät lasereita (vihreä), joita voidaan käyttää tuhansien solujen yksilöimiseen merkitsemiseen. (Matjaž Humar ja Seok Hyun Yun) Elävät solut ovat ihanteellinen kuljetusmekanismi näiden mikrolaserien saamiseksi sinne, missä ne voivat tehdä eniten hyvää. Esimerkiksi immuunisolut voidaan kohdentaa vastaamaan erityisiin ongelmiin, joten ne voisivat toimittaa laserin sitoutuakseen kasvaimen tai muun sairauden sijaintiin. Kun hienoksi viritetty laservalo on paikallaan, se voi suorittaa minkä tahansa määrän sovelluksia.
"Laserin spektripiikit ovat erittäin herkkiä paikalliselle ympäristölle, ja voit suunnitella laserin siten, että se tunnistaa tietyt biomarkkerit ja muuttaa lähtöaallonpituutta, kun ne muuttuvat pienissäkin muutoksissa", Yun toteaa. Tämä tarkoittaa, että laser pystyy toimittamaan erittäin yksityiskohtaisia tietoja solupinnoista, hormoneista ja jopa solun proteiinituotannosta. Laseria voitaisiin käyttää myös yksittäisten solujen merkitsemiseen ja siten maalata paljon yksityiskohtaisempi kuva siitä, kuinka suurempi esine, kuten kasvain, muuttuu ajan myötä.
"Voit nähdä tarkalleen missä yksittäiset solut menevät kehossa, mitkä metastasoituvat aikaisemmin kuin muut, ja tutkia kasvaimen kutistumisen kasvua yksittäisillä solutasoilla", Yun sanoo.
Ehkä lupaavin kaikista on kyky paitsi seurata ihmisten terveysnäkökohtia myös parantaa niitä aktiivisesti, hän lisää: ”Nämä laserilla varustetut solut voitaisiin myös lastata valolla aktivoiduilla lääkkeillä ja toimittaa tiettyyn sijaintiin, missä ne voitaisiin käyttää esimerkiksi tuumorin tappamiseen. "
