Láseres hechos de células humanas

Láser vivo: esta célula viva, que produce una gran cantidad de proteína verde fluorescente, es el núcleo de un nuevo diseño de láser.
Crédito: Malte Gather.

Investigadores de la Facultad de Medicina de Harvard y el Hospital General de Massachusetts en Boston han creado un láser basado en células vivas. Estaban motivados para superar una de las limitaciones fundamentales de las imágenes biológicas: es muy difícil conseguir luz visible e infrarroja dentro y fuera del cuerpo.

Los láseres vivos tienen algunas partes básicas que se extraen de la misma lista que cualquier láser. Primero, los investigadores modificaron genéticamente las células del hígado humano para que produzcan grandes cantidades de proteínas verdes fluorescentes que se encuentran dispersas por toda la célula. Una célula que lleva estas proteínas actúa como medio de ganancia, la parte del láser que amplifica la energía luminosa. '

Como cualquier láser, el láser celular necesita una fuente de energía para bombearlo y aumentar la potencia de la luz que puede emitir. Los investigadores bombearon los láseres vivos pulsando las células con luz a través de un microscopio. A medida que la luz rebota dentro de la célula y es reemitida por las proteínas fluorescentes, se amplifica y aumenta su potencia antes de ser emitida en un haz coherente. Para mantener la luz rebotando el mayor tiempo posible, para obtener la mayor potencia posible, el grupo de Boston colocó estas células dentro de una cavidad óptica biocompatible, esencialmente un agujero diminuto, altamente reflectante y con forma de celda.



En un papel en Fotónica de la naturaleza , los investigadores de Boston sugieren que los láseres vivos ayudarían a que la información codificada con luz ingrese y salga del cuerpo. Estos láseres vivos son fundamentalmente diferentes de las células que simplemente producen proteínas fluorescentes: por definición, un láser emite un haz de luz fuerte y coherente. La luz láser es excelente para transportar información a distancias, ya sea de un país a otro en las fibras ópticas que forman la columna vertebral de Internet.

Las etiquetas de imágenes ópticas pueden informar sobre el funcionamiento molecular de los tejidos y las células del cuerpo. Las etiquetas de proteínas fluorescentes que emiten luz visible o infrarroja son ahora herramientas comunes para estudiar la biología celular en tubos de ensayo. Pero hacer entrar y salir esa luz del cuerpo es difícil porque la luz se difunde a medida que atraviesa los tejidos biológicos. Los láseres vivientes, si se convierten en sistemas prácticos, tienen el potencial de cambiar eso. Uno puede imaginarse tener un implante médico híbrido vivo-no vivo debajo de la piel que transmitiría un flujo de información sobre biomarcadores en la sangre, por ejemplo.

El principal desafío con cualquier nuevo tipo de láser es descubrir cómo bombearlo de una manera práctica. Usar un microscopio para bombear los láseres vivos es una buena manera de demostrar que funcionan, pero no es tan práctico para las aplicaciones. Los láseres se pueden bombear con electricidad o con luz, pero ¿cómo se lograría eso dentro del cuerpo?

Quizás este trabajo pueda encajar con otros proyectos dirigidos al desarrollo de electrónica implantable. Otros grupos ya han desarrollado fuentes de luz implantables y diodos eléctricos que podrían bombear un láser viviente. Un grupo de la Universidad de Illinois y la Universidad de Tufts, por ejemplo, ha fabricado LED, transistores, electrodos y otros dispositivos electrónicos biocompatibles y de alta calidad, y ha demostrado que funcionan cuando se implantan en animales vivos.

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