Twee onderzoekers aan de Wellman Center for Photomedicine van het Massachusetts General Hospital hebben een levende laser ontwikkeld waarbij een groen fluorescerend eiwit uit een cel kan worden gebruikt om fotonen te versterken in laserlicht pulsen. In een rapport dat binnenkort verschijnt in het tijdschrift Nature Photonics beschrijven de onderzoekers Malte Gather en Seok Hyun Yun hoe een cel zodanig genetisch werd gemanipuleerd dat het groene fluoreserende proteine (GFP) uit de cel kon worden gebruikt om licht deeltjes (fotonen) te versterken in nanoseconde lange pulsen van laserlicht. Binnen de wetenschap is dit is eerste keer dat er melding wordt gemaakt van een geslaagde biologische laser op basis van een enkele, levende cel.

De onderzoekers kozen voor GFP omdat dit eiwit, dat vooral in kwallen terug te vinden is , zonder de toepassing van extra enzymen in staat is licht uit te stralen. Om te bepalen hoeveel eiwit nodig zou zijn het creeeren van laserlicht ontwikkelde de onderzoekers een cylinder met aan de uiteinde spiegels. Deze werd gevuld met GPF (eiwit) en water. Na de bevestiging dat het GFP daadwerkelijk in staat zou kunnen zijn de lichtenergie zodanig te versterken dat korte laserpulsen konden ontstaan maakte de onderzoekers een inschatting van de benodigde concentratie GFP.

De biologische laser werd samengesteld door het plaatsen van een GFP cel in een microruimte tussen twee reflecterende microspiegels geplaatst. Zoal verwacht produceerde het op een cel gebaseerde apparaatje inderdaad laserlicht pulsen. De onderzoekers ontdekte ook dat de sferische vorm van de cel fungeerde als een lens, waardoor het licht werd gefocust en laserlicht op een lager energieniveau kon worden geproduceerd. De cellen die in het apparaatje werden gebruikt overleefde de laserstralen en bleken zelfs in staat honderden laserlicht pulsen af te geven.

Hoewel de individuele laserpulsen maar een paar nanoseconden duren zijn ze volgens de onderzoekers zodanig helder en duidelijk dat deze makkelijk gedetecteerd kunnen worden. Hierdoor ontstaan mogelijkheden om in één keer zeer nuttige informatie te verkrijgen over het gedrag en de eigenschappen van grote aantallen cellen, aldus de onderzoekers.

In de toekomst wordt het wellicht mogelijk het biologische laserlicht in een patiënt in te brengen en toe te passen bij fotodynamische therapieen, waarbij geneesmiddelen worden geactiveerd door de toepassing van licht, of nieuwe vormen van beeldvorming.

De studie werd ondersteund door subsidies van de National Science Foundation en het Korea National Research Foundation.

Bron: persbericht Wellman Center for Photomedicine
Datum: 17 juni 2011