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Lasers fabriqués à partir de cellules humaines
 Laser vivant : cette cellule vivante, qui produit une grande quantité de protéines fluorescentes vertes, est au cœur d'une nouvelle conception de laser. Crédit : Malte Rassembler. |
Un laser basé sur des cellules vivantes a été créé par des chercheurs de la Harvard Medical School et du Massachusetts General Hospital de Boston. Ils étaient motivés pour surmonter l'une des limitations fondamentales de l'imagerie biologique : il est très difficile de faire entrer et sortir la lumière visible et infrarouge du corps.
Les lasers vivants ont quelques pièces de base qui sont tirées de la même liste que n'importe quel laser. Premièrement, les chercheurs ont génétiquement modifié des cellules hépatiques humaines afin qu'elles produisent de grandes quantités de protéines fluorescentes vertes qui sont dispersées dans toute la cellule. Une cellule portant ces protéines agit comme le milieu de gain, la partie du laser qui amplifie l'énergie lumineuse. '
Comme tout laser, le laser cellulaire a besoin d'une source d'énergie pour le pomper et augmenter la puissance de la lumière qu'il peut émettre. Les chercheurs ont pompé les lasers vivants en pulsant les cellules avec de la lumière à travers un microscope. Au fur et à mesure que la lumière rebondit à l'intérieur de la cellule et est réémise par les protéines fluorescentes, elle est amplifiée, augmentant en puissance avant d'être émise dans un faisceau cohérent. Pour que la lumière rebondisse le plus longtemps possible, pour gagner autant de puissance que possible, le groupe de Boston a placé ces cellules à l'intérieur d'une cavité optique biocompatible, essentiellement un petit trou en forme de cellule hautement réfléchissant.
Dans un journal en Photonique de la nature , les chercheurs de Boston suggèrent que les lasers vivants aideraient à obtenir des informations codées par la lumière dans et hors du corps. Ces lasers vivants sont fondamentalement différents des cellules qui fabriquent simplement des protéines fluorescentes : par définition, un laser émet un faisceau lumineux puissant et cohérent. La lumière laser est idéale pour transporter des informations sur de longues distances, que ce soit d'un pays à l'autre dans les fibres optiques qui constituent l'épine dorsale d'Internet.
Les étiquettes d'imagerie optique peuvent rendre compte du fonctionnement moléculaire des tissus et des cellules du corps. Les marqueurs protéiques fluorescents qui émettent de la lumière visible ou infrarouge sont désormais des outils courants pour étudier la biologie cellulaire dans des tubes à essai. Mais faire entrer et sortir une telle lumière du corps est difficile car la lumière se diffuse lorsqu'elle traverse les tissus biologiques. Les lasers vivants, s'ils sont transformés en systèmes pratiques, ont le potentiel de changer cela. On peut imaginer avoir un implant médical hybride vivant-non vivant sous la peau qui diffuserait un flux d'informations sur les biomarqueurs dans le sang, par exemple.
Le principal défi avec tout nouveau type de laser est de trouver comment le pomper de manière pratique. Utiliser un microscope pour pomper les lasers vivants est un bon moyen de prouver qu'ils fonctionnent mais ce n'est pas si pratique pour les applications. Les lasers peuvent être pompés avec de l'électricité ou de la lumière, mais comment cela serait-il accompli à l'intérieur du corps ?
Peut-être que ce travail peut concorder avec d'autres projets visant à développer l'électronique implantable. D'autres groupes ont déjà développé des sources lumineuses implantables et des diodes électriques qui pourraient pomper un laser vivant. Un groupe de l'Université de l'Illinois et de l'Université Tufts, par exemple, a fabriqué des LED, des transistors, des électrodes et d'autres appareils électroniques biocompatibles et de haute qualité, et a montré qu'ils fonctionnent lorsqu'ils sont implantés dans des animaux vivants.