Światło od środka: mikrolasery w ciele wytyczają nowe ścieżki w zakresie monitorowania funkcji komórek i terapii laserowych
Lasery tradycyjnie kojarzone są z laboratoriami fizycznymi i wykorzystaniem na liniach produkcyjnych oraz w różnych urządzeniach, od robotów przemysłowych po odtwarzacze DVD. Nic więc dziwnego, że uważa się je za rozwiązania inżynieryjne. Takie myślenie jest jednak mylne. Laser to po prostu połączenie trzech elementów: wnęki optycznej, zewnętrznego źródła energii i materiału wzmacniającego wiązkę światła. Eksperymenty z tymi podstawowymi elementami otwierają wiele nowych możliwości w zakresie kreatywnego wytwarzania i wykorzystania laserów, czego dowodem są rezultaty finansowanego ze środków UE projektu LIVINGLASER. Wprowadzenie biolaserów Prace nad projektem LIVINGLASER bazowały na wynikach poprzednich badań, w ramach których zintegrowano lasery z systemami biologicznymi. W takich systemach lasery funkcjonują jako czujniki pozwalające lepiej poznać procesy zachodzące w komórkach, zwłaszcza jeśli dodatkowo użyte zostaną barwniki fluorescencyjne. Zastosowanie laserów w połączeniu z barwnikami w komórkach i tkankach umożliwia długoterminowe monitorowanie i śledzenie funkcji organizmu, co zapewnia lepszą diagnostykę. Ponadto lasery skonstruowane z biokompatybilnych, biodegradowalnych, a nawet żywych materiałów można łatwiej wprowadzić do organizmu. Zespół pracujący nad projektem zademonstrował działanie takiego lasera wewnątrz żywej komórki ludzkiej. Laser ten był dziesięć razy mniejszy od średnicy ludzkiego włosa i wykonany z granulek polistyrenu. Jak wyjaśnia koordynator projektu, dr Matjaz Humar: „Powierzchnia granulek zawierających barwnik fluorescencyjny więzi światło wewnątrz kuli, tworząc tak niezbędną dla lasera wnękę optyczną. Wprowadziliśmy te laserowe granulki do kultury żywych komórek, które wciągu kilku godzin całkowicie je wchłonęły. Następnie aktywowaliśmy lasery przy użyciu zewnętrznego źródła światła, nie uszkadzając przy tym komórek”. Ponieważ w przypadku każdej komórki granulki laserowe emitują światło w trochę inny sposób, stanowią one unikalne, łatwo wykrywalne markery, które zastosować można do oznaczania komórek oraz jako bardzo czułe czujniki. Jak kontynuuje dr Humar: „Zmierzyliśmy zmianę współczynnika załamania, który jest ściśle zależny od stężenia składników chemicznych, takich jak DNA, białka czy lipidy, w komórce”. Twierdzi on nawet, że „przy odpowiedniej konstrukcji lasera w unikalny sposób można oznaczyć nawet trylion komórek. A to oznacza każdą jedną komórkę w ludzkim ciele”. Jako alternatywny laser zespół wykorzystał zawierającą barwniki fluorescencyjne kroplę oleju wprowadzoną do wnętrza komórki za pomocą mikropipety. Komórka zniekształciła kroplę, zaś analiza emitowanego światła pozwoliła bardzo dokładnie prześledzić i zmierzyć siły komórkowe powstałe podczas procesów, takich jak podział i migracja. Rozwijając opracowaną przez siebie koncepcję biolaserów, zespołowi udało się uzyskać, ku jego zaskoczeniu, akcję laserową wewnątrz komórek tłuszczowych. Jak wyjaśnia dalej dr Humar: „Komórki tłuszczowe zawierają krople lipidowe funkcjonujące jako wnęki tak niezbędne do stworzenia naturalnego lasera. Oznacza to, że każdy z nas już teraz ma w swoim ciele miliony laserów, które tylko czekają na aktywację i rozpoczęcie emisji światła laserowego”. Dodatkowo, w ramach poszerzania zakresu kooptowanych sił naturalnych, zamiast dodawać barwnik do komórek tłuszczowych zespół zaczął eksperymentować z komórkami produkującymi białko zielonej fluorescencji oraz bioluminescencją jako naturalnym źródłem światła. Gotowi na nadejście nowych metod diagnostyki i leczenia Opracowana przez zespół LIVINGLASER koncepcja implantacji, wstrzykiwania lub wykorzystywania naturalnie występujących laserów może okazać się kluczem otwierającym wiele nieznanych dotąd możliwości leczenia. Lasery naturalne mogą służyć jako system zdalnej detekcji znajdujący się wewnątrz ciała człowieka, eliminując tym samym konieczność pobierania próbek tkanek. Przydadzą się także w terapiach celowanych do dostarczania i aktywacji leków fotoczułych niszczących mikroby i komórki nowotworowe. Dodatkowo możliwość oznaczania poszczególnych komórek ułatwi badanie ich migracji, w tym przy przerzutach nowotworowych. Aby wspomóc rozwój tej technologii, uczestnicy projektu LIVINGLASER zbudowali nowy mikroskop o niezwykle wysokiej rozdzielczości, szczególnie pomocny w obrazowaniu głęboko położonych tkanek biologicznych. Zespół stworzył również ekologiczne lub biokompatybilne i biodegradowalne światłowody, które mogą znaleźć zastosowanie przy wprowadzaniu naturalnych laserów głęboko do wnętrza ciała. Dowodem potwierdzającym skuteczność przyjętej koncepcji jest niedawno opracowana metoda fotochemicznego łączenia tkanek przy zamykaniu ran. Oczekuje się, że metoda ta przyspieszy proces gojenia i nie będzie pozostawiać blizn.
Słowa kluczowe
LIVINGLASER, laseroterapia, biolaser, monitorowanie komórek, czujniki biologiczne, barwniki fluorescencyjne, obrazowanie tkanek, fotoniczny, komórki tłuszczowe, krople lipidowe, współczynnik załamania, granulki polistyrenu, diagnostyka medyczna, biokompatybilny, biodegradowalny, ekologiczny
