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Laser realizzati da cellule umane
 Laser vivente: questa cellula viva, che produce una grande quantità di proteina fluorescente verde, è il fulcro di un nuovo design laser. Credito: Malte Gather. |
Un laser basato su cellule viventi è stato creato dai ricercatori della Harvard Medical School e del Massachusetts General Hospital di Boston. Erano motivati a superare uno dei limiti fondamentali dell'imaging biologico: è molto difficile far entrare e uscire dal corpo la luce visibile e infrarossa.
I laser viventi hanno alcune parti di base che sono tratte dallo stesso elenco di qualsiasi laser. In primo luogo, i ricercatori hanno modificato geneticamente le cellule epatiche umane in modo che producano grandi quantità di proteine fluorescenti verdi sparse in tutta la cellula. Una cellula che trasporta queste proteine agisce come mezzo di guadagno, la parte del laser che amplifica l'energia luminosa. '
Come qualsiasi laser, il laser cellulare ha bisogno di una fonte di energia per pomparlo e aumentare la potenza della luce che può emettere. I ricercatori hanno pompato i laser viventi facendo pulsare le cellule con la luce attraverso un microscopio. Quando la luce rimbalza all'interno della cellula e viene riemessa dalle proteine fluorescenti, viene amplificata, aumentando di potenza prima di essere emessa in un raggio coerente. Per far rimbalzare la luce il più a lungo possibile, per ottenere più potenza possibile, il gruppo di Boston ha collocato queste cellule all'interno di una cavità ottica biocompatibile, essenzialmente un minuscolo foro a forma di cellula altamente riflettente.
In un giornale in Fotonica della natura , i ricercatori di Boston suggeriscono che i laser viventi aiuterebbero a ottenere informazioni codificate dalla luce dentro e fuori il corpo. Questi laser viventi sono fondamentalmente diversi dalle cellule che producono semplicemente proteine fluorescenti: per definizione, un laser emette un raggio di luce forte e coerente. La luce laser è ottima per trasportare informazioni a distanza, da paese a paese nelle fibre ottiche che costituiscono la spina dorsale di Internet.
Le etichette di imaging ottico possono riferire sul funzionamento molecolare dei tessuti e delle cellule del corpo. I tag proteici fluorescenti che emettono luce visibile o infrarossa sono ora strumenti comuni per lo studio della biologia cellulare in provetta. Ma ottenere tale luce dentro e fuori dal corpo è difficile perché la luce si diffonde mentre passa attraverso i tessuti biologici. I laser viventi, se trasformati in sistemi pratici, hanno il potenziale per cambiarlo. Si può immaginare di avere un impianto medico ibrido vivente-non vivente sotto la pelle che trasmetterebbe un flusso di informazioni sui biomarcatori nel sangue, per esempio.
La sfida principale con qualsiasi nuovo tipo di laser è capire come pomparlo in modo pratico. Usare un microscopio per pompare i laser viventi è un buon modo per dimostrare che funzionano, ma non è così pratico per le applicazioni. I laser possono essere pompati con elettricità o luce, ma come sarebbe possibile farlo all'interno del corpo?
Forse questo lavoro può combaciare con altri progetti diretti allo sviluppo dell'elettronica impiantabile. Altri gruppi hanno già sviluppato sorgenti luminose impiantabili e diodi elettrici che potrebbero pompare un laser vivente. Un gruppo dell'Università dell'Illinois e della Tufts University, ad esempio, ha realizzato LED, transistor, elettrodi e altri dispositivi elettronici biocompatibili e di alta qualità e ha dimostrato che funzionano quando impiantati in animali viventi.