Ученые внедрили в живые клетки крошечные лазеры, чтобы лучше следить за ними

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, включало в себя разработку миниатюрных лазеров диаметром менее тысячной миллиметра и встраивание их в живые клетки: например, в иммунные клетки или нейроны. Внутри ячейки лазеры выполняли функцию маяка, сообщая о местонахождении клетки и даже отправляя информацию о ее состоянии.

Сейчас биологи обычно используют флуоресцентные красители или флуоресцентные белки для отслеживания местоположения клеток. Их замена на эти крошечные лазеры позволит ученым следить за гораздо большим количеством клеток, не путая их при этом. Это стало возможным благодаря тому, что свет, генерируемый каждым лазером, содержит только одну длину волны. Красители же генерировали свет с несколькими длинами волн параллельно, поэтому точно отличить свет более чем от четырех или пяти разных красителей не представлялось возможным: цвета красок становились слишком похожими. Вместо этого исследователи продемонстрировали, что можно производить тысячи лазеров, каждый из которых генерирует свет с несколько иной длиной волны, что позволяет точнее их идентифицировать.

Новые лазеры в виде крошечных дисков намного меньше ядра большинства клеток. Они изготовлены из материала полупроводниковой квантовой ямы для обеспечения максимально возможного лазерного излучения и обеспечения соответствия цвета лазерного излучения требованиям к клеткам.

Когда лазеры помещались внутрь клеток и раньше, однако занимали в тысячу раз больший объем внутри клеток и требовали больше энергии для работы, что ограничивало их применение, особенно для таких задач, как отслеживание иммунных клеток на их пути к локальным очагам воспаления или мониторинг распространения раковых клеток в тканях.

Идея об иммунных клетках-киборгах, которые борются с бактериями с помощью «бортовой лазерной пушки», конечно, более захватывающая, однако реальная ценность этих исследований состоит в создании новых способов наблюдения за клетками и, таким образом, лучшего понимания механизмов заболевания», — признается профессор Малте Гезер (Malte Gather).

Исследователи уверены, что эта технология поможет изучить множество важных вопросов с совершенно иного ракурса. Например, теперь стало возможно следить за отдельными раковыми клетками, чтобы понять, когда и как они становятся инвазивными.