Ett team av forskare från School of Physics vid University of St Andrews har utvecklat små lasrar som kan revolutionera vår förståelse och behandling av många sjukdomar, inklusive cancer.

Forskningen, publicerad i Naturkommunikation , involverade utvecklingen av små lasrar, med en diameter mindre än en tusendels millimeter, och sätta in dem i levande celler, t.ex. immunceller eller neuroner. Väl inne i cellen, lasrarna fungerar som en ledstjärna och kan rapportera om cellernas placering, eller eventuellt även skicka information om lokala förhållanden inom en cell.

För närvarande, biologer använder vanligtvis fluorescerande färgämnen eller fluorescerande proteiner för att spåra cellernas placering. Att ersätta dessa med små lasrar ger forskare möjligheten att följa ett mycket större antal celler utan att tappa koll på vilken cell som är vilken. Detta beror på att ljuset som genereras av varje laser endast innehåller en enda våglängd. Däremot, färgämnen genererar ljus med flera våglängder parallellt vilket innebär att man inte kan skilja ljuset från mer än fyra eller fem olika färgämnen - färgen på färgämnena blir helt enkelt för mycket lika. Istället, forskarna har nu visat att det är möjligt att producera tusentals lasrar som var och en genererar ljus med en något annan våglängd och att skilja dem åt med stor säkerhet.

De nya lasrarna, i form av små skivor, är mycket mindre än kärnan i de flesta celler. De är gjorda av ett halvledarkvantbrunnmaterial för att ge den ljusaste möjliga laseremissionen och för att säkerställa att laserljusets färg är kompatibel med kraven för celler.

Medan lasrar har placerats inuti celler tidigare, tidigare demonstrationer har upptagit mer än tusen gånger större volym inuti cellerna och krävt mer energi för att fungera, som har begränsat deras tillämpning, särskilt för uppgifter som att följa immunceller på deras väg till lokala sidor av inflammation eller övervaka spridningen av cancerceller genom vävnad.

Ledande akademiska professor Malte Gather, från Skolan för fysik och astronomi, sa:"Även om det är spännande att tänka på cyborg-immunceller som bekämpar bakterier med en" inbyggd laserkanon ", det verkliga värdet av den senaste forskningen är mer sannolikt för att möjliggöra nya sätt att observera celler och därmed bättre förstå sjukdomens mekanismer. "

Dr Andrea Di Falco, från Skolan för fysik och astronomi, som var handledare för projektet, tillade:"Vårt arbete möjliggörs av sofistikerad nanoteknik. En ny nanofabrikationsanläggning här i St Andrews gör att vi kan producera lasrar som är bland de minsta som hittills är kända. Dessa internaliserade sensorer, i likhet med RFID -mikrochips, tillåta att följa cellerna när de matas, interagera med sina grannar och gå genom smala hinder, utan att konditionera deras beteende. "

Doktorand Alasdair Fikouras och Royal Society Fellow Dr Marcel Schubert, som tillsammans testade de nya lasrarna är mycket glada över utsikterna för den nya laserplattformen:"De nya lasrarna kan hjälpa oss att studera så många brådskande frågor på helt andra sätt än tidigare. Vi kan nu följa enskilda cancerceller för att förstå när och hur de bli invasiv. Det är biologin på encellsnivå som gör den så kraftfull. "