Λονδίνο, Ηνωμένο Βασίλειο
Χρησιμοποιώντας ένα ζευγάρι καθρέπτες και την πρωτεΐνη που κάνει κάποιες μέδουσες να φθορίζουν με πράσινο φως, ερευνητές του Χάρβαρντ μετέτρεψαν ανθρώπινα κύτταρα στα πρώτα ζωντανά λέιζερ.
Γνωστά εδώ και σχεδόν μισό αιώνα, τα συμβατικά λέιζερ λειτουργούν ουσιαστικά ως ενισχυτές φωτός: αποτελούνται από μια κοιλότητα, καλυμμένη εσωτερικά με καθρέπτες, μέσα στην οποία υπάρχει ένα στερεό, υγρό ή αέριο μέσο. Το μέσο αυτό διεγείρεται με διάφορους τρόπους ώστε τα άτομά του να αρχίσουν να εκπέμπουν φωτόνια. Τα φωτόνια αυτά αναπηδούν στους καθρέπτες και με τη σειρά τους διεγείρουν όλο και περισσότερα άτομα, πριν τελικά δραπετεύσουν από μια σχισμή και σχηματίσουν τη δέσμη.
Η ομάδα του Μάλτε Γκάλτερ της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ γίνεται τώρα η πρώτη που κατασκευάζει λέιζερ από βιολογικά υλικά.
Κεντρικό εξάρτημα της βιοσυσκευής είναι ένα εμβρυακό ανθρώπινο κύτταρο, στο οποίο έχει εισαχθεί το γονίδιο της φθορίζουσας πρωτεΐνης GFP. Όταν κανείς φωτίσει αυτό το κύτταρο με μπλε φως, η πρωτεΐνη της μέδουσας απορροφά τα φωτόνια και τα εκπέμπει εκ νέου στο μήκος κύματος του πράσινου.
Όταν όμως το κύτταρο τοποθετηθεί ανάμεσα σε δύο κάτοπτρα, τα οποία απέχουν μόλις 20 μικρόμετρα (εκατομμυριοστά του μέτρου), τα πράσινα φωτόνια αναπηδούν πάνω τους μέχρι που συγκεντρώνονται σε μια συμφασική δέσμη, όπως συμβαίνει σε οποιοδήποτε λέιζερ.
Ενεργοποιώντας το κύτταρο με παλμούς μπλε φωτός, το βιολέιζερ παράγει μια μικρή και ασθενή δέσμη, η οποία όμως είναι «μια τάξη μεγέθους» πιο φωτεινή από τον φυσικό βιοφθορισμό των ερευνητών.
Η εντυπωσιακή έρευνα δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Photonics.
Το βιολογικό λέιζερ δεν έχει άμεσες, προφανείς εφαρμογές, ωστόσο οι ερευνητές έχουν ήδη σκεφτεί δύο πιθανές χρήσεις του για το μέλλον:
Πρώτον, το ζωντανό λέιζερ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη ζωντανών, μεμονωμένων κυττάρων. Και αυτό μπορεί να γίνει επειδή η ακτίνα που εκπέμπει το κύτταρο δεν είναι ομοιογενής, αλλά εμφανίζει σχέδια που εξαρτώνται από την εσωτερική δομή του κυττάρου. Με άλλα λόγια, τα φωτεινά αυτά σχέδια αποκαλύπτουν τη δομή του κυττάρου-λέιζερ.
Δεύτερον, το βιολέιζερ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως όπλο κατά του καρκίνου: κύτταρα που εκπέμπουν δέσμες λέιζερ μέσα στο σώμα θα μπορούσαν να ενεργοποιούν φωτοευαίσθητα αντικαρκινικά φάρμακα ώστε η δράση τους να είναι τοπική και να μην επηρεάζει τα υγιή κύτταρα.
Δεδομένου επίσης ότι τα λέιζερ χρησιμοποιούνται σήμερα ευρέως στις επικοινωνίες, ίσως μια μέρα τα ζωντανά λέιζερ να διευκολύνουν τη δημιουργία εμβιομηχανικών συστημάτων, ή να επιτρέψουν την άμεση σύνδεση του ανθρώπου με τις μηχανές.
Γνωστά εδώ και σχεδόν μισό αιώνα, τα συμβατικά λέιζερ λειτουργούν ουσιαστικά ως ενισχυτές φωτός: αποτελούνται από μια κοιλότητα, καλυμμένη εσωτερικά με καθρέπτες, μέσα στην οποία υπάρχει ένα στερεό, υγρό ή αέριο μέσο. Το μέσο αυτό διεγείρεται με διάφορους τρόπους ώστε τα άτομά του να αρχίσουν να εκπέμπουν φωτόνια. Τα φωτόνια αυτά αναπηδούν στους καθρέπτες και με τη σειρά τους διεγείρουν όλο και περισσότερα άτομα, πριν τελικά δραπετεύσουν από μια σχισμή και σχηματίσουν τη δέσμη.
Η ομάδα του Μάλτε Γκάλτερ της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ γίνεται τώρα η πρώτη που κατασκευάζει λέιζερ από βιολογικά υλικά.
Κεντρικό εξάρτημα της βιοσυσκευής είναι ένα εμβρυακό ανθρώπινο κύτταρο, στο οποίο έχει εισαχθεί το γονίδιο της φθορίζουσας πρωτεΐνης GFP. Όταν κανείς φωτίσει αυτό το κύτταρο με μπλε φως, η πρωτεΐνη της μέδουσας απορροφά τα φωτόνια και τα εκπέμπει εκ νέου στο μήκος κύματος του πράσινου.
Όταν όμως το κύτταρο τοποθετηθεί ανάμεσα σε δύο κάτοπτρα, τα οποία απέχουν μόλις 20 μικρόμετρα (εκατομμυριοστά του μέτρου), τα πράσινα φωτόνια αναπηδούν πάνω τους μέχρι που συγκεντρώνονται σε μια συμφασική δέσμη, όπως συμβαίνει σε οποιοδήποτε λέιζερ.
Ενεργοποιώντας το κύτταρο με παλμούς μπλε φωτός, το βιολέιζερ παράγει μια μικρή και ασθενή δέσμη, η οποία όμως είναι «μια τάξη μεγέθους» πιο φωτεινή από τον φυσικό βιοφθορισμό των ερευνητών.
Η εντυπωσιακή έρευνα δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Photonics.
Το βιολογικό λέιζερ δεν έχει άμεσες, προφανείς εφαρμογές, ωστόσο οι ερευνητές έχουν ήδη σκεφτεί δύο πιθανές χρήσεις του για το μέλλον:
Πρώτον, το ζωντανό λέιζερ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη ζωντανών, μεμονωμένων κυττάρων. Και αυτό μπορεί να γίνει επειδή η ακτίνα που εκπέμπει το κύτταρο δεν είναι ομοιογενής, αλλά εμφανίζει σχέδια που εξαρτώνται από την εσωτερική δομή του κυττάρου. Με άλλα λόγια, τα φωτεινά αυτά σχέδια αποκαλύπτουν τη δομή του κυττάρου-λέιζερ.
Δεύτερον, το βιολέιζερ θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως όπλο κατά του καρκίνου: κύτταρα που εκπέμπουν δέσμες λέιζερ μέσα στο σώμα θα μπορούσαν να ενεργοποιούν φωτοευαίσθητα αντικαρκινικά φάρμακα ώστε η δράση τους να είναι τοπική και να μην επηρεάζει τα υγιή κύτταρα.
Δεδομένου επίσης ότι τα λέιζερ χρησιμοποιούνται σήμερα ευρέως στις επικοινωνίες, ίσως μια μέρα τα ζωντανά λέιζερ να διευκολύνουν τη δημιουργία εμβιομηχανικών συστημάτων, ή να επιτρέψουν την άμεση σύνδεση του ανθρώπου με τις μηχανές.
Newsroom ΔΟΛ
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου