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Biotechnologie: Lebende Zelle agiert als Laser

Zelle als Laser
Der deutsche Forscher Malte Gather und sein Kollege Seok-Hyun Yun von der Harvard Medical School haben den ersten funktionierenden Laser aus einer menschlichen Zelle gebaut. Es ist eine gängige Untersuchungsmethode in der Zellbiologie, Zellen genetisch so zu manipulieren, dass sie das so genannte grün fluoreszierende Protein herstellen. Als die Forscher eine solche Zelle in einen Resonator aus zwei gegenüberliegenden Spiegeln platziert hatten und mit einem zweiten Laser bestrahlten, fing sie an, grünes Laserlicht auszusenden.

Lebende Zelle als Laser
Lebende Zelle als Laser | Die Zelle wird zwischen zwei verspiegelte Resonatoren gebracht. Durch Bestrahlen mit einem zweiten Laser fängt die Zelle an, grünes Laserlicht auszusenden.
In einem Laser werden die ausgesandten Photonen im Resonator hin- und herreflektiert und erzeugen dabei durch so genannte stimulierte Emission ständig weitere Strahlungsprozesse – das Laserlicht wird also verstärkt. Bereits ab einer sehr niedrigen Anregungsenergie von wenigen Nanojoule zeigte die Zelle von Gather und Yun eine deutliche Laseraktivität bei einer Wellenlänge von 516 Nanometern, also im grünen Spektralbereich des sichtbaren Lichts.

Auch nach minutenlangem Leuchten und Bestrahlung mit sehr hohen Anregungsenergien blieb die Zelle am Leben und lieferte eine gleich bleibende Laserleistung. Außerdem scheint sie über eine Art "Selbstheilungsprozess" der Laseraktivität zu verfügen, da sie das grün fluoreszierende Protein automatisch nachlieferte, wenn es durch zu hohe Anregungsintensitäten oder Temperaturen beschädigt wurde.

Die neue Methode von Gather und Yun könnte dazu genutzt werden, die Geschwindigkeit von Zellanalysen zu beschleunigen, da das ausgesendete Signal durch die Verstärkung im Resonator viel heller ist als gewöhnliche Fluoreszenz. Auch war bislang die Untersuchung biologischer Proben mit Hilfe fluoreszierender Proteine dadurch limitiert, dass der Laserstrahl nur bis zu einer gewissen Tiefe in das Gewebe eindringen kann. Bei dieser neuen Methode wird das Lasersignal nun direkt in der zu untersuchenden Zelle erzeugt. Die Wissenschaftler erhoffen sich daher von ihrer Erfindung eine deutliche Verbesserung der Fluoreszenzbildgebung in lebenden Zellen. (jf)
24. KW 2011

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 24. KW 2011

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  • Quellen
Nature Photon., 10.1038/nnphoton.2011.99, 2011

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