Élő lézerkészülék

Sejtlézer: zöld fluoreszcens fehérjét termelő, lézerimpulzusokat kibocsátó sejt.   Fotó: Nature Photonics and to Malte Gather, Mass. General Hospital

A Nature Photonics folyóiratban megjelenő beszámolójuk online beharangozójában Malte Gather és Seok Hyun Yun leírja, miként keltettek génmódosított, zöld fluoreszcens fehérjét (green fluorescent protein, GFP) termelő sejtben nanoszekundumnyi lézerfény-impulzusokat.

„A szokásos lézerben szervetlen anyag: kristály, festék, gáz működik optikai energianövelőként, és ebben az anyagban, két tükör között ide-oda verődve erősödnek a fényimpulzusok. Élő sejttel működő biológiai lézert nekünk sikerült először létrehozni” – magyarázza Yun, a cikk társszerzője.

Yun kutatótársa, a cikk szerzője, Gather hozzáteszi: „Tulajdonképpen a kíváncsiság vezérelt bennünket. Egyrészt meg akartuk tudni, mi oka lehet, hogy a jelek szerint lézerjelenség nem jön létre a természetben, másrészt ki akartuk próbálni, hogy élő anyagban, élő szervezetben is kelthető-e lézerfény.”

Azért a GFP-t választották a kutatók, mert ez az (eredetileg medúzákban azonosított) fehérje enzimek hozzáadása nélkül is fény kibocsátására ösztökélhető. Nagy előnye a GFP-nek, hogy tulajdonságai alaposan ismertek, és génmódosítással sokféle szervezet rávehető GFP-termelésre.

A kutatók GFP vizes oldatával töltöttek meg egy 2,5 centiméter hosszú, két végén tükörrel lezárt hengert, és kimutatták, hogy a GFP oldata rövid lézerfény-impulzusokká erősíti a bevitt energiát. Ezután következett annak kiszámítása, hogy a lézerjelenség létrejöttéhez milyen töménységben van szükség GFP-re. A megfelelő adatok birtokában Gatherék olyan emlőssejt-vonalat tenyésztettek ki, amely a kívánt mennyiségben termelte a GFP-t.

Ezután következett a sejtlézer összeállítása. Egyetlen GFP-t szintetizáló parányi, 15-20 milliomod méter átmérőjű sejtet két, nagy hatásfokkal működő fényvisszaverő tükör közé helyeztek. A két tükör között ugyancsak igen kicsi, csupán 20 milliomod méter volt a távolság. Kiderült, hogy a sejtlézer nem csupán lézerimpulzusokat hoz létre, mint a tiszta GFP-oldat az első kísérletben, hanem gömb alakja révén optikai lencseként is szerepel: újrafókuszálja a fényt, és így alacsonyabb energiaszinten működik, mint a GFP oldata. A sejtlézer nem károsodik a lézerfény kibocsátása közben, így  folyamatosan több száz impulzust gerjeszthet.

„Egy-egy impulzus csupán néhány nanoszekundumig tart, de így is elég erős ahhoz, hogy észlelhessük. Az impulzusokat kiértékelve igen sok sejt tulajdonságait elemezhetjük egy szempillantás alatt. Elképzelhető, hogy lézerfényt hozhatunk majd létre a betegbe helyezett biokompatibilis forrásból. A fotodinámiás kezelésekben, a fénnyel aktiválandó gyógyszerek alkalmazásában is fontos lehet majd a sejtlézer, sőt új képalkotó eljárások  alapjául szolgálhat” – fejtegeti felfedezésük távlatait Yun, a Harvard Orvosi Egyetem dermatológus docense.

„Egyik hosszú távú célunk biotechnológiai eszközökkel helyettesíteni a szervetlen eszközöket az optikai kommunikációban és a számítástechnikában. Különösen ott lehet hasznos a sejtlézer, ahol elektronikus eszközt kell élő szervezettel összekapcsolni. A következő nagy lépés a tükörkamrának megfelelő miniatűr szerkezet kifejlesztése és sejtbe ültetése lesz” – fűzi hozzá Gather..

Forrás: EurekAlert