Untuk semua ahli biologi sel yang memiliki satu permintaan sederhana — sel yang dilengkapi dengan sinar laser miniatur — tim Harvard sebenarnya telah mewujudkannya. Kemampuan untuk mengarahkan laser kecil pada perjalanan yang fantastis di dalam tubuh dapat memungkinkan serangkaian aplikasi medis, dari memberikan obat-obatan hingga melacak pertumbuhan tumor.
Konten terkait
- Untuk Menyingkirkan Space Junk, Shoot It Down Dengan Laser
- Gelombang Suara Bisa Membantu Menemukan Sel Kanker yang Sulit Dihindar
"Kami berharap menggunakan sel sebagai mesin biologis, yang diprogram oleh DNA di dalamnya, yang dapat mengirimkan laser ke target, " jelas Seok-Hyun (Andy) Yun dari Harvard Medical School.
Cahaya digunakan untuk melihat bagian dalam sel dengan instrumen seperti endoskopi sel tunggal, tetapi penggunaannya terbatas pada lokasi yang lebih mudah diakses seperti kulit, karena cahayanya tidak menembus dengan baik ke jaringan yang lebih dalam. Menambahkan pewarna fluoresen dan protein ke dalam sel dapat membantu para ilmuwan menemukan dan memeriksanya lebih jauh di dalam tubuh. Tetapi prosedur-prosedur tersebut menghasilkan spektrum emisi yang luas, yang dapat menyulitkan untuk memilih data spesifik sel dari antara semua emisi latar belakang yang dihasilkan oleh molekul-molekul dalam jaringan biologis.
Masukkan microlaser, yang dapat memberikan cara yang jauh lebih tepat dan tajam untuk gambar, monitor dan bahkan mungkin membantu sel-sel hidup.
"Kami ingin menemukan kembali laser untuk aplikasi medis, " kata Yun. "Alih-alih meminjam laser yang telah ditemukan oleh industri karena berbagai alasan lain, kami membuatnya dengan bahan biologis, dan sangat kecil, sehingga dapat ditanamkan atau disuntikkan ke dalam tubuh dengan beberapa masalah untuk melakukan aplikasi berbasis cahaya di mana saat ini tidak praktis untuk memberikan cahaya. "
Laser tipikal membangkitkan atom sehingga mereka memancarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu, kemudian memantulkan cahaya di antara sepasang cermin untuk memperkuat efek. Salah satu cermin sebagian transparan, memungkinkan beberapa cahaya keluar dalam sinar sempit — itulah laser. Kunci untuk membangun laser di dalam sel adalah menciptakan microresonator optik — versi miniatur dari pengaturan ini yang membatasi cahaya sehingga bersirkulasi di dalam bola kecil, di mana ia terperangkap oleh refraksi di permukaan bola.
Tim Yun melakukan ini dengan dua cara berbeda. Versi lunak dibuat dengan menyuntikkan setetes minyak atau lemak lemak alami yang dicampur dengan pewarna fluoresen ke dalam sel. Versi yang keras menggunakan manik-manik polystyrene neon sebagai gantinya. Dalam setiap kasus, seluruh sel tereksitasi oleh pulsa nanodetik yang menghasilkan cahaya, yang kemudian menjadi terperangkap di dalam bola.
"Ini seperti ketika Anda berada di ruangan kosong dan frekuensi suara tertentu beresonansi, " jelas Yun. “Tetapi jika ruangan itu diperas, jika bentuk dan ukurannya berubah, frekuensi resonansi juga akan berubah. Kami melakukan hal yang sama, pada prinsipnya, dengan skala frekuensi optik. Cahaya tertentu akan beresonansi dan, saat mengedarkan rongga, itu akan diperkuat dan akhirnya berubah menjadi output laser. "
Ketepatan ekstrem dari output itu adalah satu hal yang membuat laser mungil ini begitu menjanjikan. Versi tetesan lunak berubah bentuk sangat ringan ketika berada di bawah tekanan, dan deformasi itu membuat perubahan yang terlihat dalam spektrum emisi laser, sehingga bahkan perubahan kecil dalam sel dapat direkam dalam detail halus. Demikian pula tim dapat menghasilkan laser dengan panjang gelombang yang sedikit berbeda dengan mengubah ukuran manik-manik keras - memungkinkan mereka untuk secara unik mewarnai kode sel individu dan berpotensi memberi label ribuan sel berbeda dalam satu jaringan tunggal, menurut penelitian yang diterbitkan minggu ini di Nature Photonics .
Gambar confocal dari sel lemak tunggal menunjukkan tetesan lipid besar (oranye) dan inti sel kecil (biru). Tetesan lipid di dalam sel dapat digunakan sebagai laser alami. (Matjaž Humar dan Seok Hyun Yun) 
Serat optik dimasukkan ke dalam sepotong kulit babi untuk merangsang sinar laser yang dihasilkan oleh sel-sel lemak subkutan. (Matjaž Humar dan Seok Hyun Yun) 
Gambar confocal menunjukkan sel (hijau), nukleusnya (biru) dan tetesan minyak yang disuntikkan (merah) yang bertindak sebagai laser yang dapat dideformasi dalam sel. (Matjaž Humar dan Seok Hyun Yun) 
Sejumlah sel yang mengandung laser (hijau), yang dapat digunakan untuk menandai ribuan sel secara unik. (Matjaž Humar dan Seok Hyun Yun) Sel-sel hidup adalah mekanisme pengiriman yang ideal untuk mendapatkan microlaser ini di mana mereka dapat melakukan yang terbaik. Sebagai contoh, sel-sel kekebalan dapat ditargetkan untuk menanggapi masalah-masalah spesifik, sehingga mereka dapat memberikan laser untuk mengikat dengan tumor atau lokasi penyakit lainnya. Begitu berada di tempat, sinar laser yang disetel dengan halus dapat melakukan sejumlah aplikasi.
"Puncak spektral laser sangat sensitif terhadap lingkungan lokal, dan Anda dapat merancang laser sehingga merasakan biomarker tertentu dan mengubah panjang gelombang keluaran ketika mereka berubah bahkan dalam pergeseran kecil, " catat Yun. Ini berarti laser dapat memberikan informasi yang sangat terperinci tentang permukaan sel, hormon, dan bahkan produksi protein sel. Laser juga dapat digunakan untuk menandai sel-sel individual dan dengan demikian melukiskan gambaran yang jauh lebih rinci tentang bagaimana objek yang lebih besar, seperti tumor, berubah seiring waktu.
"Anda bisa melihat secara tepat ke mana sel-sel individual masuk ke dalam tubuh, yang mana bermetastasis lebih awal dari yang lain, dan mempelajari pertumbuhan penyusutan tumor pada tingkat sel individu, " kata Yun.
Mungkin yang paling menjanjikan dari semua adalah potensi untuk tidak hanya memantau aspek kesehatan manusia tetapi untuk secara aktif memperbaikinya, ia menambahkan: "Sel-sel yang dilengkapi laser ini juga berpotensi dimuat dengan obat yang diaktifkan cahaya dan dikirim ke lokasi tertentu, di mana mereka mungkin digunakan untuk membunuh tumor, misalnya. "
