Ένα ανθρώπινο κύτταρο «χειραγωγήθηκε» κατάλληλα από Αμερικανούς επιστήμονες, με συνέπεια να μετατραπεί σε βιολογικό λέιζερ, εκπέμποντας το σχετικό φως. Είναι η πρώτη φορά που ένα ζωντανό σύστημα παράγει το φαινόμενο του βιο-λέιζερ.
Οι ερευνητές του Κέντρου Φωτοϊατρικής Γουέλμαν του Γενικού Νοσοκομείου της Μασαχουσέτης και της Ιατρικής Σχολής του πανεπιστημίου Χάρβαρντ, με επικεφαλής τους Μάλτε Γκάδερ και Σέοκ Χιούν Γιουν, που δημοσίευσαν τη σχετική μελέτη στο περιοδικό φωτονικής “Nature Photonics”, σύμφωνα με το BBC, το “Nature” και το “Science”, τροποποίησαν γενετικά ένα κύτταρο από ανθρώπινο νεφρό,
έτσι ώστε να παράγει μια πρωτεΐνη που εκπέμπει φως (GFP) και η οποία στη φύση υπάρχει σε μια ακτινοβόλα μέδουσα (Aequorea Victoria). Η πρόσπτωση μπλε φωτός πάνω στο τροποποιημένο κύτταρο το αναγκάζει να εκπέμψει κατευθυνόμενο πράσινο φως, όπως μια ακτίνα λέιζερ.
Η ανακάλυψη μπορεί να έχει εφαρμογή, μεταξύ άλλων, σε βελτιωμένες τεχνικές μικροσκοπικής απεικόνισης (π.χ. για να διακρίνονται καλύτερα τα καρκινικά ή τα μολυσμένα με ιό κύτταρα από τα υγιή), καθώς και σε φωτοδυναμικές θεραπείες, κατά τις οποίες τα φάρμακα ενεργοποιούνται στοχευμένα μέσα στο σώμα με τη βοήθεια του φωτός. Η συγκεκριμένη πρωτεΐνη, που δημιουργεί ένα πράσινο φθορίζον φως, έχει απομονωθεί από τις μέδουσες, έχει μελετηθεί ήδη από τη δεκαετία του ΄60 και έχει φέρει επανάσταση στη βιολογία, καθώς μπορεί να φωτίσει πλέον επιλεκτικά τα ζωντανά συστήματα.
Καθ’ όλη την μετατροπή τους σε λέιζερ και ενώ τα σωματίδια του φωτός (φωτόνια) είχαν ενισχυθεί και μετατραπεί σε παλμούς φωτός λέιζερ με συχνότητα νανοδευτερολέπτων, τα κύτταρα παρέμειναν ζωντανά.
Τα λέιζερ στην ουσία δεν είναι παρά ενισχυτές του φωτός. Αυξάνουν την ενεργειακή κατάσταση των ατόμων ή μορίων ενός μέσου (αερίου, υγρού, στερεού) με ηλεκτρικό ή χημικό τρόπο, ώσπου τα «εξημμένα» άτομα να εκπέμψουν φωτόνια, τα οποία, στη συνέχεια, σε αλληλεπίδραση με άλλα φωτόνια, συνεχώς αντανακλώνται ανάμεσα σε δύο κάτοπτρα, δημιουργώντας τελικά μια εστιασμένη ακτίνα φωτός.
Από τότε που ανακαλύφθηκαν, πριν από περίπου 50 χρόνια, στα λέιζερ έχουν χρησιμοποιηθεί μόνο συνθετικά υλικά, όπως ημιαγωγοί, κρύσταλλα, χρώματα και αέρια, για την ενίσχυση του φωτός. Τώρα πλέον αποδεικνύεται ότι είναι εφικτό να συμβεί το ίδιο και με ένα βιολογικό μέσο, όπως ένα κύτταρο.
Το ζωντανό λέιζερ είναι μικροσκοπικό, αποτελούμενο από το κύτταρο που παράγει την φθορίζουσα πρωτεΐνη και το οποίο έχει διάμετρο 15 έως 20 εκατομμυριοστά του μέτρου, καθώς και από δύο άκρως ανακλαστικά κάτοπτρα διαμέτρου τριών εκατοστών το καθένα και σε απόσταση 20 εκατομμυριοστών του μέτρου μεταξύ τους, ανάμεσα στα οποία ενισχύεται το πράσινο φως του παραγόμενου λέιζερ.
Στόχος των ερευνητών είναι να μεταφέρουν τις οπτικές επικοινωνίες και την αποθήκευση δεδομένων από τον τομέα των ανόργανων ηλεκτρονικών συσκευών και της πληροφορικής στο οργανικό «βασίλειο», δημιουργώντας ένα νέο πεδίο βιοτεχνολογίας, που θα αποτελεί ένα «υβρίδιο» των ηλεκτρονικών και των βιολογικών συστημάτων.
Πολλοί οργανισμοί, από ένα βακτήριο μέχρι μια αγελάδα, θα μπορούσαν να τροποποιηθούν γενετικά για να παράγουν την συγκεκριμένη ακτινοβόλα πρωτεΐνη κι έτσι να μετατραπούν σε βιολογικά λέιζερ. Ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία, αλλά, σύμφωνα με τους ερευνητές, στο μέλλον θα μπορούσαν τα εγκεφαλικά κύτταρα (νευρώνες) να εκπέμπουν φως λέιζερ και με αυτό τον τρόπο να επικοινωνούν απευθείας με εξωτερικές συσκευές, όπως έναν υπολογιστή, χωρίς πληκτρολόγια, ποντίκια κλπ!
Link: Για την πρωτότυπη επιστημονική εργασία (με συνδρομή) στη διεύθυνση: http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/abs/nphoton.2011.99.html
Καθ’ όλη την μετατροπή τους σε λέιζερ και ενώ τα σωματίδια του φωτός (φωτόνια) είχαν ενισχυθεί και μετατραπεί σε παλμούς φωτός λέιζερ με συχνότητα νανοδευτερολέπτων, τα κύτταρα παρέμειναν ζωντανά.
Τα λέιζερ στην ουσία δεν είναι παρά ενισχυτές του φωτός. Αυξάνουν την ενεργειακή κατάσταση των ατόμων ή μορίων ενός μέσου (αερίου, υγρού, στερεού) με ηλεκτρικό ή χημικό τρόπο, ώσπου τα «εξημμένα» άτομα να εκπέμψουν φωτόνια, τα οποία, στη συνέχεια, σε αλληλεπίδραση με άλλα φωτόνια, συνεχώς αντανακλώνται ανάμεσα σε δύο κάτοπτρα, δημιουργώντας τελικά μια εστιασμένη ακτίνα φωτός.
Από τότε που ανακαλύφθηκαν, πριν από περίπου 50 χρόνια, στα λέιζερ έχουν χρησιμοποιηθεί μόνο συνθετικά υλικά, όπως ημιαγωγοί, κρύσταλλα, χρώματα και αέρια, για την ενίσχυση του φωτός. Τώρα πλέον αποδεικνύεται ότι είναι εφικτό να συμβεί το ίδιο και με ένα βιολογικό μέσο, όπως ένα κύτταρο.
Το ζωντανό λέιζερ είναι μικροσκοπικό, αποτελούμενο από το κύτταρο που παράγει την φθορίζουσα πρωτεΐνη και το οποίο έχει διάμετρο 15 έως 20 εκατομμυριοστά του μέτρου, καθώς και από δύο άκρως ανακλαστικά κάτοπτρα διαμέτρου τριών εκατοστών το καθένα και σε απόσταση 20 εκατομμυριοστών του μέτρου μεταξύ τους, ανάμεσα στα οποία ενισχύεται το πράσινο φως του παραγόμενου λέιζερ.
Στόχος των ερευνητών είναι να μεταφέρουν τις οπτικές επικοινωνίες και την αποθήκευση δεδομένων από τον τομέα των ανόργανων ηλεκτρονικών συσκευών και της πληροφορικής στο οργανικό «βασίλειο», δημιουργώντας ένα νέο πεδίο βιοτεχνολογίας, που θα αποτελεί ένα «υβρίδιο» των ηλεκτρονικών και των βιολογικών συστημάτων.
Πολλοί οργανισμοί, από ένα βακτήριο μέχρι μια αγελάδα, θα μπορούσαν να τροποποιηθούν γενετικά για να παράγουν την συγκεκριμένη ακτινοβόλα πρωτεΐνη κι έτσι να μετατραπούν σε βιολογικά λέιζερ. Ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία, αλλά, σύμφωνα με τους ερευνητές, στο μέλλον θα μπορούσαν τα εγκεφαλικά κύτταρα (νευρώνες) να εκπέμπουν φως λέιζερ και με αυτό τον τρόπο να επικοινωνούν απευθείας με εξωτερικές συσκευές, όπως έναν υπολογιστή, χωρίς πληκτρολόγια, ποντίκια κλπ!
Link: Για την πρωτότυπη επιστημονική εργασία (με συνδρομή) στη διεύθυνση: http://www.nature.com/nphoton/journal/vaop/ncurrent/abs/nphoton.2011.99.html
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου