De kwal Aequorea victoria maakt het groen fluorescerende eiwit GFP. Afbeelding: © ImmunoKontact
In de natuur vind je geen laserstralen, maar sommige organismen maken wel fluorescerende eiwitten die licht uitstoten. Natuurkundigen Seok Hyun Yun en Malte Garner van de Harvard Medical School is het nu gelukt om laserlicht 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.
Door beschijning met blauw licht gaf de cel een groene laserstraal af. Afbeelding: © Malte Gather
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 met de laser kunnen is moeilijk te voorspellen. Daar ging het ook niet om, Gather en Yun waren gewoon nieuwsgierig of het mogelijk was een levende 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.
Een menselijke lasercel in actie onder de microscoop. Doordat de binnenkant van de cel onregelmatig is, ziet de laserstraal er een beetje verstrooid uit. Afbeelding: © Malte Gather
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 veel kennis over allerlei cellen kunnen inwinnen. Ook zou de techniek het 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.
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 lasers. Nature Photonics. 12 juni 2011.
Lees meer over lasers op Kennislink:
"
