Opererer én celle av gangen

Nå er det mulig å foreta kirurgiske operasjoner inne i én enkelt celle. Har du en mitokondrie som har slått seg vrang, for eksempel? Med nanokirurgi kan den svis bort med laser.

Publisert

Med superrask puls fra intense lasestråler har amerikanske forskere klart å svi bort ørsmå strukturer inne i levende celler. Operasjonen påfører cellene så lite skade at de fint kan leve videre etterpå.

De har døpt teknikken nanokirurgi, og mener den kan være et nyttig verktøy for å gjennomføre superpresis kirurgi, og for å undersøke hvordan celler fungerer.

- Dette er et mikroskopisk James Bond-aktig scenario. Teknikken genererer varme som på Sola, men bare en billiarddel av et sekund, og på et veldig lite område, sier Donald Ingber, cellebiolog ved Harvard, og leder for forskergruppen.

Superrask puls

Laserstrålen forskerne bruker har en puls på et femtosekund; en milliondel av en milliarddel av et sekund (10 opphøyd i -15). For å illustrere hvor kort et femtosekund er: Det er omtrent like mange femtosekunder i ett sekund, som det er minutter i universets alder (rundt 13 milliarder år).

Lyset fokuseres utrolig nøyaktig, ved hjelp av et mikroskop, slik at det kun treffer et område som er på størrelse med noen få hundre milliondeler av en millimeter bredt. (Ikke helt innenfor nanoskalaen, siden én nanometer er en milliarddel av én meter (10 opphøyd i -9) meter.

Dette har de klart

Fysikeren Eric Mazur fra Harvard University er en av mennene bak laserstrålen. Sammen med kollegaene har han klart å ødelegge deler av cellers indre proteinskjelett, som hjelper cellene med å bevege seg, forme seg og dele seg.

Forskerne har ødelagt én enkelt mitokondrie uten å skade de flere hundre nabo-mitokondriene, som er cellenes kraftstasjoner.

De har også klart å kutte en nervecelles forbindelse uten å skade cella (nerveceller har trådlignende strukturer som knytter dem sammen).

Opererer i brennpunktet

Laseren gjør jobben inne i cellene uten å skade dem på overflaten, nettopp fordi lyset er så skarpt fokusert. En liten energimengde utsletter vevet i brennpunktet, slik at omgivelsene ikke blir svidd.

- Energien er omtrent den samme som hos en flygende mygg. Det kan en celle tåle helt fint, sier Mazur til Nature.

Metoder som allerede eksisterer for å manipulere celler på innsiden, med for eksempel lys eller magnetisme, etterlater rester av strukturene som har vært mål for manipuleringen, og de er mindre presise.

Ringorm uten luktesans

Andre forskere håper at teknikken skal hjelpe til med å undersøke cellers struktur. Å skade cellenes skjelett- og muskellignende tråder kan kanskje avdekke hvordan de beveger seg og organiserer innholdet sitt - for eksempel i prosesser som celledeling.

Cellekirurgi kan også manipulere hele dyr. De siste månedene har forskningsgruppen ved Harvard begynt å jobbe med den lille rundormen Caenorhabditis elegans. Ved å sprenge seg gjennom én enkelt nerve, har forskerne klart å fjerne dyrets luktesans.

Denne typen arbeid kan være med på å fortelle oss mer om hvordan hjernen fungerer. Ved å observere hvordan forskjellige rundormer med forskjellige avkuttede nerveceller oppfører seg, kan forskerne kanskje se effekten av å blokkere informasjonsstrømmen ved spesielle punkter i en enkel “hjerne”.

Kreft

Vi bruker allerede laserkirurgi på mennesker under øyeoperasjoner, og forskerne mener at vi i fremtiden vil kunne skjære inne i vev i kroppen uten å åpne pasienten. For eksempel vil det kanskje bli mulig å fjerne kreftceller.

I dag oppdages kreftsvulster så sent at de er for store for denne typen behandling, men legene prøver hele tiden å oppdage kreften tidligere.

- Om det var mulig å oppdage den sjeldne cella i en cellemasse, kunne man gripe inn med målrettet ødeleggelse, sier Mazur.

Lagringsteknologi

I utgangspunktet ble teknikken utviklet for å lage ørsmå hull i glass uten å skade overflaten, og et annet svært aktuelt bruksområde er datalagring.

Allerede i 1999 mente forskerne de var langt på vei til å lage nye typer tredimensjonale CDer med lagringskapasiteten til 100 av dagens CDer.

Hvor langt de er kommet i dag, og hva annet de kan bruke denne teknologien til, fortalte forskerne på en konferanse som heter Frontiers in Optics i Arizona denne uken.

Lenker:

Nature: Lasers operate innside single cells
Harvard University: Eric Mazur
Harvard: Engineering Materials and Techniques for Biological Studies at Cellular Scales
American Institute of Physics: Nano-neurosurgery
Optical Society of America: Pressemelding
Harvard University Gazette (1999): Laser Makes History’s Fastest Holes