Menselijke cel wordt levende laser

Geschreven door op jun 18, 2011 in Natuurkunde | Laat een reactie achter
Menselijke cel wordt levende laser

Vrij bijzonder: het is Amerikaanse wetenschappers gelukt om een laser te maken van levend materiaal. Een menselijke cel bleek in staat laserlicht te produceren nadat het was bewerkt met een lichtgevend eiwit. Deze techniek kan gebruikt worden om cellen nog gedetailleerder te onderzoeken en wellicht zieke cellen van gezonde te onderscheiden.

In de natuur vind je geen laserstralen, maar sommige organismen maken wel fluorescerende eiwitten die licht uitstoten. Natuurkundigen Seok Hyun Yun en Malte Garnervan de Harvard Medical School is het nu gelukt omlaserlicht te maken uit zo’n fluorescerend eiwit. Het groene, voor het blote oog zichtbare laserlicht hield een paar nanoseconden aan. De resultaten verschenen deze maand in het tijdschrift Nature Photonics.

Spiegeltjes

Eén van de bekendste fluorescerende eiwitten is GFP (Green Fluorescent Protein): het is afkomstig uit de kwal Aequorea victoria en wordt veel gebruikt in biomedisch onderzoek.

Het doel van Gather en Yun was om het licht dat dit eiwit uitstoot om te zetten naar laserlicht. Spannend vooruitzicht, want in principe kan bijna elk organisme, van bacteriën tot zoogdieren, geprogrammeerd worden om GFP te maken.

In menselijke cellen bouwden ze het gen in voor GFP, zodat de cellen GFP produceerden. De onderzoekers plaatsten zo’n genetisch aangepaste cel tussen twee piepkleine spiegeltjes. De afstand tussen de spiegeltjes – twintig micrometer – was net groot genoeg voor één cel om er tussen te passen. De cel werd vervolgens blootgesteld aan korte pulsen blauw licht.

Normaal reageert de cel alleen met fluorescentie, dus door groen licht af te geven. Maar door de spiegeltjes werd het groene licht, net als in een traditionele laser, versterkt en gebundeld: het eerste biologische laserlicht was een feit. De laserstraal was dun en zwak vergeleken bij een normale laser, maar toch vele malen sterker dan de natuurlijke fluorescentie van GFP in de kwal.

Kankercellen aanvallen

Wat we nu met die biologische laser kunnen is moeilijk te voorspellen. Maar daar ging het eigenlijk ook niet om: Gather en Yun waren gewoon nieuwsgierig of het mogelijk was een biologische laser te maken. Scheikundige Steve Meech van de Universiteit van East Anglia (Engeland) schreef dan ook in Nature Photonics, als commentaar op het onderzoek, dat het moeilijk is toepassingen te vinden voor cellulaire lasers.

Toch hebben de onderzoekers al een paar ideeën. Het laserlicht dat uit de cel komt, zegt iets over de celstructuur en welke eiwitten in de cel zitten. Wetenschappers zouden dus met behulp van het laserlicht veel kennis over een cel kunnen inwinnen. Zo zou de techniek het ook makkelijker maken om kankercellen of cellen met een virus, te onderscheiden van gezonde cellen.

Momenteel schijnen doktoren al laserstralen in het lichaam om kankercellen aan te vallen. Dat zou nog effectiever kunnen worden als cellen diep in het lichaam worden omgebouwd tot lasers. Op die manier zouden ook dieper gelegen tumoren van binnenuit weggelaserd kunnen worden. Een mooi toekomstidee, maar dan moet de cellulaire laser wel eerst zo ontwikkeld worden dat hij zelfstandig werkt in een levend organisme.

En dat is de volgende stap. Gather en Yun speculeren al over het inbrengen van spiegeltjes in de cel met behulp van nanodeeltjes, zeggen ze in een artikel in Nature News. “Technologieën om dit mogelijk te maken komen eraan”, aldus Yun. En het licht dat nodig is om de laser te activeren? Dat kan in de cel geïnjecteerd worden via optische vezels. Of deze uitdaging gaat lukken is afwachten, maar dat de cellulaire laser spannend is, staat vast.

Bron:

Malte C. Gather & Seok Hyun Yun. Single-cell biological lasersNature Photonics. 12 juni 2011 (online).

Dit nieuwsbericht verscheen 18 juni 2011 op Kennislink

Reageer