Een team van onderzoekers van de School of Physics aan de Universiteit van St. Andrews heeft kleine lasers ontwikkeld die een revolutie teweeg kunnen brengen in ons begrip en de behandeling van vele ziekten. waaronder kanker.

Het onderzoek, gepubliceerd in Natuurcommunicatie , betrokken bij het ontwikkelen van minuscule lasers, met een diameter van minder dan een duizendste van een millimeter, en ze in te brengen in levende cellen, bijv. immuuncellen of neuronen. Eenmaal in de cel, de lasers fungeren als baken en kunnen rapporteren over de locatie van cellen, of mogelijk zelfs informatie over lokale omstandigheden binnen een cel verzenden.

Momenteel, biologen gebruiken meestal fluorescerende kleurstoffen of fluorescerende eiwitten om de locatie van cellen te volgen. Door deze te vervangen door kleine lasers kunnen wetenschappers een veel groter aantal cellen volgen zonder uit het oog te verliezen welke cel welke is. Dit komt omdat het licht dat door elke laser wordt gegenereerd slechts één enkele golflengte bevat. Daarentegen, kleurstoffen genereren parallel licht van meerdere golflengten, wat betekent dat men het licht niet nauwkeurig kan onderscheiden van meer dan vier of vijf verschillende kleurstoffen - de kleur van de kleurstoffen wordt gewoon te veel op elkaar. In plaats daarvan, de onderzoekers hebben nu aangetoond dat het mogelijk is om duizenden lasers te produceren die elk licht van een iets andere golflengte genereren en deze met grote zekerheid uit elkaar te houden.

De nieuwe lasers, in de vorm van kleine schijfjes, zijn veel kleiner dan de kern van de meeste cellen. Ze zijn gemaakt van een halfgeleider kwantumbronmateriaal om de helderst mogelijke laseremissie te bieden en om ervoor te zorgen dat de kleur van het laserlicht compatibel is met de vereisten voor cellen.

Hoewel er al eerder lasers in cellen zijn geplaatst, eerdere demonstraties hadden een meer dan duizend keer groter volume in de cellen ingenomen en hadden meer energie nodig om te werken, die hun toepassing heeft beperkt, vooral voor taken zoals het volgen van immuuncellen op hun pad naar lokale kanten van ontsteking of het bewaken van de verspreiding van kankercellen door weefsel.

Hoofdacademisch professor Malte Gather, van de School voor Natuur- en Sterrenkunde, zei:"Hoewel het opwindend is om te denken aan cyborg-immuuncellen die bacteriën bestrijden met een 'on-board laserkanon', de echte waarde van het laatste onderzoek is waarschijnlijker in het mogelijk maken van nieuwe manieren om cellen te observeren en zo de mechanismen van ziekte beter te begrijpen."

Dr. Andrea Di Falco, van de School voor Natuur- en Sterrenkunde, die het project mede begeleid heeft, toegevoegd:"Ons werk wordt mogelijk gemaakt door geavanceerde nanotechnologie. Een nieuwe nanofabricagefaciliteit hier in St. Andrews stelt ons in staat om lasers te produceren die tot de kleinste tot nu toe bekend zijn. Deze geïnternaliseerde sensoren, verwant aan RFID-microchips, toestaan ​​om de cellen te volgen terwijl ze zich voeden, communiceren met hun buren en zich door smalle obstakels bewegen, zonder hun gedrag te conditioneren."

Promovendus Alasdair Fikouras en Royal Society Fellow dr. Marcel Schubert, die samen de nieuwe lasers hebben getest, zijn erg enthousiast over de vooruitzichten van het nieuwe laserplatform:"De nieuwe lasers kunnen ons helpen om zoveel urgente vragen op totaal andere manieren te bestuderen dan voorheen. We kunnen nu individuele kankercellen volgen om te begrijpen wanneer en hoe ze invasief worden. Het is de biologie op het niveau van een enkele cel die het zo krachtig maakt."