Små lasere tænder immunceller

Et team af forskere fra School of Physics ved University of St Andrews har udviklet bittesmå lasere, der kan revolutionere vores forståelse og behandling af mange sygdomme, herunder kræft.

Forskningen, udgivet i Naturkommunikation , involveret udvikling af miniscule lasere, med en diameter på mindre end en tusindedel af en millimeter, og indsætte dem i levende celler, f.eks. immunceller eller neuroner. En gang inde i cellen, laserne fungerer som et fyrtårn og kan rapportere om placeringen af ​​celler, eller potentielt endda sende oplysninger om lokale forhold i en celle.

I øjeblikket, biologer bruger typisk fluorescerende farvestoffer eller fluorescerende proteiner til at spore placeringen af ​​celler. Udskiftning af disse med bittesmå lasere giver forskere muligheden for at følge et langt større antal celler uden at miste overblikket over hvilken celle der er hvilken. Dette skyldes, at lyset fra hver laser kun indeholder en enkelt bølgelængde. Derimod, farvestoffer genererer parallelt lys med flere bølgelængder, hvilket betyder, at man ikke præcist kan skelne lyset fra mere end fire eller fem forskellige farvestoffer - farven på farvestofferne bliver simpelthen for meget ens. I stedet, forskerne har nu vist, at det er muligt at producere tusindvis af lasere, der hver genererer lys med en lidt anden bølgelængde og med stor sikkerhed adskille disse fra hinanden.

De nye lasere, i form af små diske, er meget mindre end kernen i de fleste celler. De er lavet af et halvleder -kvantebrøndsmateriale for at give den bedst mulige laseremission og for at sikre, at laserlysets farve er kompatibel med kravene til celler.

Mens lasere har været placeret inden i celler før, tidligere demonstrationer har optaget over tusind gange større volumen inde i cellerne og krævet mere energi for at fungere, som har begrænset deres anvendelse, især til opgaver som at følge immunceller på deres vej til lokale sider af betændelse eller overvåge spredning af kræftceller gennem væv.

Akademisk ledende professor Malte Gather, fra School of Physics and Astronomy, sagde:"Selvom det er spændende at tænke på cyborg-immunceller, der bekæmper bakterier med en 'indbygget laserkanon', den reelle værdi af den seneste forskning er mere sandsynlig i at muliggøre nye måder at observere celler på og dermed bedre forstå sygdomsmekanismerne."

Dr. Andrea Di Falco, fra Skolen for Fysik og Astronomi, som var med til at supervisere projektet, tilføjet:"Vores arbejde er muliggjort af sofistikeret nanoteknologi. En ny nanofabrikationsfacilitet her i St. Andrews giver os mulighed for at producere lasere, der er blandt de mindste, der er kendt til dato. Disse internaliserede sensorer, beslægtet med RFID -mikrochips, tillade at følge cellerne, mens de fodrer, interagere med deres naboer og bevæge sig gennem snævre forhindringer, uden at betinge deres adfærd."

Ph.d. -studerende Alasdair Fikouras og Royal Society Fellow Dr Marcel Schubert, som i fællesskab testede de nye lasere, er meget begejstrede for udsigterne for den nye laserplatform:"De nye lasere kan hjælpe os med at studere så mange presserende spørgsmål på helt andre måder end tidligere. Vi kan nu følge individuelle kræftceller for at forstå, hvornår og hvordan de blive invasiv. Det er biologi på enkeltcelles niveau, der gør det så kraftfuldt. "