Για πρώτη φορά ομάδα επιστημόνων άλλαξε την λειτουργία ενός ανθρώπινου κυττάρου αναγκάζοντας το να εκπέμπει ακτινοβολία αντίστοιχη των λέιζερ.
Ένα κύτταρο από ανθρώπινο νεφρό τροποποιήθηκε γενετικά ώστε να παράγει την ειδική πρωτεΐνη GFP που εκπέμπει φως. Πρόκειται για την ίδια ουσία που στην φύση διαθέτει η ακτινοβόλα μέδουσα Aequorea Victoria. Η πρόσπτωση μπλε φωτός πάνω στο συγκεκριμένο τροποποιημένο κύτταρο το αναγκάζει να εκπέμψει κατευθυνόμενο πράσινο φως, όπως μια ακτίνα λέιζερ.
Είναι η πρώτη φορά που ένα ζωντανό ανθρώπινο κύτταρο “χειραγωγείται” ώστε να μετατραπεί σε βιολογικό λέιζερ και τα εύσημα ανήκουν στους ερευνητές του Κέντρου Φωτοϊατρικής Γουέλμαν του Γενικού Νοσοκομείου της Μασαχουσέτης και της Ιατρικής Σχολής του πανεπιστημίου Χάρβαρντ.
Αυτοί με επικεφαλής τους Μάλτε Γκάδερ και Σέοκ Χιούν Γιουν, δημοσίευσαν τη σχετική μελέτη στο περιοδικό φωτονικής “Nature Photonics”, σύμφωνα με το BBC, το “Nature” και το “Science”.
Όσο και αν η ιδέα ενός ανθρώπου που εκπέμπει ακτίνες λέιζερ θυμίζει κάποιον κόμικ σούπερ-ήρωα, στην πραγματικότητα οι εφαρμογές της δεν θα είναι τόσο ηρωϊκές. Έτσι η ανακάλυψη μπορεί να έχει εφαρμογή, σε βελτιωμένες τεχνικές μικροσκοπικής απεικόνισης (π.χ. για να διακρίνονται καλύτερα τα καρκινικά ή τα μολυσμένα με ιό κύτταρα από τα υγιή), καθώς και σε φωτοδυναμικές θεραπείες, κατά τις οποίες τα φάρμακα ενεργοποιούνται στοχευμένα μέσα στο σώμα με τη βοήθεια του φωτός.
Η συγκεκριμένη πρωτεΐνη, που δημιουργεί ένα πράσινο φθορίζον φως, έχει απομονωθεί από τις μέδουσες, έχει μελετηθεί ήδη από τη δεκαετία του ΄60 και έχει φέρει επανάσταση στη βιολογία, καθώς μπορεί να φωτίσει πλέον επιλεκτικά τα ζωντανά συστήματα.
Καθ’ όλη την μετατροπή τους σε λέιζερ και ενώ τα σωματίδια του φωτός (φωτόνια) είχαν ενισχυθεί και μετατραπεί σε παλμούς φωτός λέιζερ με συχνότητα νανοδευτερολέπτων, τα κύτταρα παρέμειναν ζωντανά.
Τα λέιζερ στην ουσία δεν είναι παρά ενισχυτές του φωτός. Αυξάνουν την ενεργειακή κατάσταση των ατόμων ή μορίων ενός μέσου (αερίου, υγρού, στερεού) με ηλεκτρικό ή χημικό τρόπο, ώσπου τα «εξημμένα» άτομα να εκπέμψουν φωτόνια, τα οποία, στη συνέχεια, σε αλληλεπίδραση με άλλα φωτόνια, συνεχώς αντανακλώνται ανάμεσα σε δύο κάτοπτρα, δημιουργώντας τελικά μια εστιασμένη ακτίνα φωτός.
Από τότε που ανακαλύφθηκαν, πριν από περίπου 50 χρόνια, στα λέιζερ έχουν χρησιμοποιηθεί μόνο συνθετικά υλικά, όπως ημιαγωγοί, κρύσταλλα, χρώματα και αέρια, για την ενίσχυση του φωτός. Τώρα πλέον αποδεικνύεται ότι είναι εφικτό να συμβεί το ίδιο και με ένα βιολογικό μέσο, όπως ένα κύτταρο.
Το ζωντανό λέιζερ είναι μικροσκοπικό, αποτελούμενο από το κύτταρο που παράγει την φθορίζουσα πρωτεΐνη και το οποίο έχει διάμετρο 15 έως 20 εκατομμυριοστά του μέτρου, καθώς και από δύο άκρως ανακλαστικά κάτοπτρα διαμέτρου τριών εκατοστών το καθένα και σε απόσταση 20 εκατομμυριοστών του μέτρου μεταξύ τους, ανάμεσα στα οποία ενισχύεται το πράσινο φως του παραγόμενου λέιζερ.
Στόχος των ερευνητών είναι να μεταφέρουν τις οπτικές επικοινωνίες και την αποθήκευση δεδομένων από τον τομέα των ανόργανων ηλεκτρονικών συσκευών και της πληροφορικής στο οργανικό «βασίλειο», δημιουργώντας ένα νέο πεδίο βιοτεχνολογίας, που θα αποτελεί ένα «υβρίδιο» των ηλεκτρονικών και των βιολογικών συστημάτων.
Πολλοί οργανισμοί, από ένα βακτήριο μέχρι μια αγελάδα, θα μπορούσαν να τροποποιηθούν γενετικά για να παράγουν την συγκεκριμένη ακτινοβόλα πρωτεΐνη κι έτσι να μετατραπούν σε βιολογικά λέιζερ. Σύμφωνα με τους ερευνητές, στο μέλλον θα μπορούσαν τα εγκεφαλικά κύτταρα (νευρώνες) να εκπέμπουν φως λέιζερ και με αυτό τον τρόπο να επικοινωνούν απευθείας με εξωτερικές συσκευές, όπως έναν υπολογιστή, χωρίς πληκτρολόγια, ποντίκια κλπ.
http://www.enet.gr
Ένα κύτταρο από ανθρώπινο νεφρό τροποποιήθηκε γενετικά ώστε να παράγει την ειδική πρωτεΐνη GFP που εκπέμπει φως. Πρόκειται για την ίδια ουσία που στην φύση διαθέτει η ακτινοβόλα μέδουσα Aequorea Victoria. Η πρόσπτωση μπλε φωτός πάνω στο συγκεκριμένο τροποποιημένο κύτταρο το αναγκάζει να εκπέμψει κατευθυνόμενο πράσινο φως, όπως μια ακτίνα λέιζερ.
Είναι η πρώτη φορά που ένα ζωντανό ανθρώπινο κύτταρο “χειραγωγείται” ώστε να μετατραπεί σε βιολογικό λέιζερ και τα εύσημα ανήκουν στους ερευνητές του Κέντρου Φωτοϊατρικής Γουέλμαν του Γενικού Νοσοκομείου της Μασαχουσέτης και της Ιατρικής Σχολής του πανεπιστημίου Χάρβαρντ.
Αυτοί με επικεφαλής τους Μάλτε Γκάδερ και Σέοκ Χιούν Γιουν, δημοσίευσαν τη σχετική μελέτη στο περιοδικό φωτονικής “Nature Photonics”, σύμφωνα με το BBC, το “Nature” και το “Science”.
Όσο και αν η ιδέα ενός ανθρώπου που εκπέμπει ακτίνες λέιζερ θυμίζει κάποιον κόμικ σούπερ-ήρωα, στην πραγματικότητα οι εφαρμογές της δεν θα είναι τόσο ηρωϊκές. Έτσι η ανακάλυψη μπορεί να έχει εφαρμογή, σε βελτιωμένες τεχνικές μικροσκοπικής απεικόνισης (π.χ. για να διακρίνονται καλύτερα τα καρκινικά ή τα μολυσμένα με ιό κύτταρα από τα υγιή), καθώς και σε φωτοδυναμικές θεραπείες, κατά τις οποίες τα φάρμακα ενεργοποιούνται στοχευμένα μέσα στο σώμα με τη βοήθεια του φωτός.
Η συγκεκριμένη πρωτεΐνη, που δημιουργεί ένα πράσινο φθορίζον φως, έχει απομονωθεί από τις μέδουσες, έχει μελετηθεί ήδη από τη δεκαετία του ΄60 και έχει φέρει επανάσταση στη βιολογία, καθώς μπορεί να φωτίσει πλέον επιλεκτικά τα ζωντανά συστήματα.
Καθ’ όλη την μετατροπή τους σε λέιζερ και ενώ τα σωματίδια του φωτός (φωτόνια) είχαν ενισχυθεί και μετατραπεί σε παλμούς φωτός λέιζερ με συχνότητα νανοδευτερολέπτων, τα κύτταρα παρέμειναν ζωντανά.
Τα λέιζερ στην ουσία δεν είναι παρά ενισχυτές του φωτός. Αυξάνουν την ενεργειακή κατάσταση των ατόμων ή μορίων ενός μέσου (αερίου, υγρού, στερεού) με ηλεκτρικό ή χημικό τρόπο, ώσπου τα «εξημμένα» άτομα να εκπέμψουν φωτόνια, τα οποία, στη συνέχεια, σε αλληλεπίδραση με άλλα φωτόνια, συνεχώς αντανακλώνται ανάμεσα σε δύο κάτοπτρα, δημιουργώντας τελικά μια εστιασμένη ακτίνα φωτός.
Από τότε που ανακαλύφθηκαν, πριν από περίπου 50 χρόνια, στα λέιζερ έχουν χρησιμοποιηθεί μόνο συνθετικά υλικά, όπως ημιαγωγοί, κρύσταλλα, χρώματα και αέρια, για την ενίσχυση του φωτός. Τώρα πλέον αποδεικνύεται ότι είναι εφικτό να συμβεί το ίδιο και με ένα βιολογικό μέσο, όπως ένα κύτταρο.
Το ζωντανό λέιζερ είναι μικροσκοπικό, αποτελούμενο από το κύτταρο που παράγει την φθορίζουσα πρωτεΐνη και το οποίο έχει διάμετρο 15 έως 20 εκατομμυριοστά του μέτρου, καθώς και από δύο άκρως ανακλαστικά κάτοπτρα διαμέτρου τριών εκατοστών το καθένα και σε απόσταση 20 εκατομμυριοστών του μέτρου μεταξύ τους, ανάμεσα στα οποία ενισχύεται το πράσινο φως του παραγόμενου λέιζερ.
Στόχος των ερευνητών είναι να μεταφέρουν τις οπτικές επικοινωνίες και την αποθήκευση δεδομένων από τον τομέα των ανόργανων ηλεκτρονικών συσκευών και της πληροφορικής στο οργανικό «βασίλειο», δημιουργώντας ένα νέο πεδίο βιοτεχνολογίας, που θα αποτελεί ένα «υβρίδιο» των ηλεκτρονικών και των βιολογικών συστημάτων.
Πολλοί οργανισμοί, από ένα βακτήριο μέχρι μια αγελάδα, θα μπορούσαν να τροποποιηθούν γενετικά για να παράγουν την συγκεκριμένη ακτινοβόλα πρωτεΐνη κι έτσι να μετατραπούν σε βιολογικά λέιζερ. Σύμφωνα με τους ερευνητές, στο μέλλον θα μπορούσαν τα εγκεφαλικά κύτταρα (νευρώνες) να εκπέμπουν φως λέιζερ και με αυτό τον τρόπο να επικοινωνούν απευθείας με εξωτερικές συσκευές, όπως έναν υπολογιστή, χωρίς πληκτρολόγια, ποντίκια κλπ.
http://www.enet.gr
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου