Físicos crean un láser vivo
Hasta la fecha, se habían construido láseres a partir de materiales inertes, tales como fases purificados, tintes sintéticos o semiconductores. Pero ahora, físicos de los Estados Unidos han demostrado cómo inducir láser en una célula biológica viva. Iluminando una luz azul intensa sobre moléculas de proteínas fluorescentes en una célula, el equipo hizo que las moléculas generasen una intensa luz verde direccional y monocromática. Este fenómeno podría usarse potencialmente para distinguir células cancerosas de sanas, afirman los investigadores.
El material usado en el último trabajo es la proteína fluorescente verde (GFP), que se encontró en la medusa Aequorea victoria y que se ha usado para fotografiar células vivas desde la década de 1960. Combinando los genes que codifican GFP con el ADN de cualquier otra proteína, el GFP puede unirse a dicha proteína. La luz que emite puede usarse para rastrear la proteína en las células vivas.
La fluorescencia natural del GFP es incoherente, así como la luz emitida por una bombilla de luz normal. Pero los físicos Malte Gather y Seok Hyun Yun, del Hospital General de Massachusetts y la Facultad de Medicina de Harvard en Boston, pensaron que sería posible amplificar la luz de las proteínas y construir un láser biológico. Una promesa tentadora, dado que casi cualquier organismo, desde una bacteria a una vaca, puede programarse para sintetizar GFP.
Entre dos espejos
Gather y Yun pusieron células de riñón humano embrionario en una placa de Petri y luego añadieron el ADN que codifica la GFP en las células. Unieron entonces una gota de solución que contenía estas células reprogramadas en un espejo con un diámetro de aproximadamente 3 centímetros. Colocaron otro espejo de igual tamaño sobre la solución, dejando un hueco de unos 200 μm entre los espejos. Focalizaron entonces pulsos láser azules de un nanosegundo de duración sobre el espacio entre los espejos y movieron los espejos, con la ayuda de un microscopio, hasta que fueron capaces de desplazar una célula dentro del foco del haz.
Con la célula en su lugar, los investigadores aumentaron gradualmente la potencia del láser azul y observaron cómo cambiaba la fluorescencia verde como resultado. Por encima de cierto umbral – cuando los pulsos azules tenían una energía de aproximadamente 1nJ – la energía de la luz verde emitida se incrementa abruptamente y su espectro se estrecha a sólo unos pocos picos bien definidos. Esto, dicen los investigadores, es una clara firma del láser debido a que por encima de este umbral no hay suficientes moléculas de proteínas en un estado excitado para generar una emisión estimulada en lugar de espontánea. La luz verde emitida se amplifica cuando rebota entre los espejos, como ocurre en una cavidad láser convencional.
Gather dice que, hasta donde sabe, esta es la primera vez que se ha realizado un láser a partir de material vivo. Menciona que los científicos habían mezclado anteriormente tejido muerto con materiales láser inorgánicos y vieron una emisión coherente del compuesto. Pero este último material está hecho completamente de tejido vivo, y permanece vivo incluso tras emitir cientos de pulsos láser.
Búsqueda para el cáncer
Gather cree que el último trabajo podría tener finalmente importantes aplicaciones prácticas. Las máquinas convencionales, llamadas citómetros, que analizan grandes números de células, normalmente proporcionan sólo un parámetro para cada célula-brillo. Se puede aprender más estudiando células bajo un microscopio, pero las largas exposiciones requeridas significan que éste es un proceso que consume mucho tiempo. En la célula-láser GFP, las variaciones en la estructura intercelular, que introducen ligeros cambios en el índice refractivo de la célula, alteran tanto la emisión espacial de la luz láser como su espectro. Gather dice que esta información adicional “podría facilitar la distinción entre una célula cancerosa y una benigna, o una célula infectada por un virus”.
El siguiente paso, dice Gather, es disminuir la cavidad del espejo de forma que sea lo bastante pequeña para encajar dentro de una célula, siendo el diámetro típico de las mismas entre 10 y 20 μm. Esto puede permitir la imagen de células-láser dentro de un animal vivo, en lugar de tener que extraer células para su investigación en el laboratorio. En este caso el láser de bombeo podría suministrarse desde el exterior iluminando a través del cuerpo o inyectando la luz a través de fibras ópticas insertadas en el cuerpo.
Sin embargo, Gather enfatiza que es difícil predecir con precisión qué aplicaciones podrían derivarse, y añade que la motivación del experimento era “en gran parte curiosidad científica básica”. Los investigadores intentaban contestar a la pregunta básica, ¿por qué los láseres no existen en la naturaleza? “Algunos astrónomos afirman que hay cúmulos de estrellas que producen luz coherente”, dice Gather, “pero hasta donde yo sé, no hay nada en la Tierra que haga esto”.
Escribiendo en un comentario que acompaña al artículo, Steve Meech, químico de la Universidad de East Anglia en el Reino Unido, dice que “actualmente no está claro qué aplicaciones aguardan para los láseres celulares”. Pero añade que “sean cuales sean las aplicaciones finales, la llegada del GFP a la fotónica ciertamente marca una excitante nueva vía de investigación para estar proteína extraordinariamente versátil”.
La investigación aparece en el sitio web Nature Photonics.
Fuente Original: Ciencia Kanija - physicsworld.com
