เลเซอร์ชีวภาพ

เลเซอร์ กุญแจสำคัญของการติดต่อสือสาร เก็บข้อมูล และยังคงเป็นตัวแปรสำคัญของเทคโนโลยีสมัยใหม่อีกด้วย ซึ่งโดยปกติแล้วถูกผลิตออกมาจากสิ่งไม่มีชวิต เช่น ของแข็ง ของเหลว หรือ แก๊ส แต่ว่าปัจจุบันนี้ เทคโนโลยีการผลิตเลเซอร์ได้ก้าวไกลออกไปอีกขั้น คือ เลเซอร์ทางชีวภาพ โดยการสร้างมีพื้นฐานมาจากเซลล์เพียงเซลล์เดียว ซึ่งในอนาคตข้างหน้า เราอาจจะได้ใช้เลเซอร์ชนิดนี้ เพื่อการตรวจและรักษาโรค บางทีอาจจะถึงขั้นฆ่าเซลล์มะเร็งจากภายในร่างกายเลยก็เป็นไปได้

จากการค้นพบเมื่อประมาณ 50 ปีที่แล้ว เลเซอร์คือเครื่องขยายแสง มันทำงานโดยการกระตุ้นอะตอม หรือโมเลกุลของแก๊ส ของเหลว หรือของแข็ง ให้ไปอยู่ในสภาวะที่มีพลังงานมากขึ้น โดยปกติแล้วจะมีการกระตุ้นโดยไฟฟ้า เคมี หรือแม้กระทั่งแสงเลเซอร์ด้วยกันเอง เมื่อเกิดการกระตุ้นอะตอมขึ้น หนึ่งในอะตอมที่ถูกกระตุ้น จะมีการปลดปล่อยพลังงานออกมาและปล่อยโฟตอน (แสง) ซึ่งโฟตอนนี้จะไปกระตุ้นอะตอมอื่นๆ ที่อยู่ในสภาวะถูกกระตุ้นให้ปล่อยโฟตอนออกมาอีกจำนวนมาก โฟตอนเหล่านี้จะมีการเพิ่มจำนวนขึ้น โดยการเคลื่อนที่กลับไปกลับมาระหว่างกระจกสองบาน ซึ่งบานหนึ่งจะสามารถปล่อยให้แสงสะท้อนได้แค่บางส่วน ซึ่งปล่อยให้แสงส่วนหนึ่งออกมาเป็นแสงเลเซอร์นั่นเอง

นักฟิสิกส์ที่ชื่อ Malte Gather และ Seok-Hyun Yun จากโรงเรียนการแพทย์ฮาร์วาร์ด ได้พบวิธีที่จะเลียนแบบกระบวนการนี้ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต “ในช่วงเริ่มต้นของงานของเรา แรงบันดานใจในเรื่อง เลเซอร์ทางชีวภาพ เป็นสิ่งที่น่าสนใจจากวงการวิทยาศาสตร์มากๆ” Gather กล่าว “ปีที่แล้ว ที่มีการฉลองครบ 50 ปีการค้นพบเลเซอร์ เราตระหนักว่า แม้ว่าหลายๆ คนจะพยายามหาสารหลายๆ ชนิดเพื่อสร้างเลเซอร์ แต่สารทางชีวภาพยังไม่มีบทบาทสำคัญเลย”

ตัวแปรสำคัญเลเซอร์ทางชีวภาพของ Gather และ Yun คือ โปรตีนเรืองแสงสีเขียว (Green fluorescent protein: GFP) โมเลกุลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับนักชีววิทยา หลังจากที่ค้นพบในแมงกระพรุน Aequorea victoria ในช่วนปี 1960 เหตุผลส่วนหนึ่งก็เป็นเพราะว่าสิ่งมีชีวิตสามารถสั่งให้ผลิตมันได้ ซึ่ง Gather และ Yun ได้ใส่ลำดับของ DNA ที่เป็นรหัสของโปรตีนเรืองแสงสีเขียว ลงไปในเซลล์ไตของมนุษย์ แล้วได้นำเซลล์ที่สามารถผลิตโปรตีนเรืองแสงสีเขียวได้นี้ไปวางไว้ระหว่างกระจกสองแผ่นที่มีความกว้างเท่ากับความกว้างของเซลล์

เพื่อที่จะทำให้โปรตีนเรืองแสงสีเขียวผลิตแสงเลเซอร์ได้ แสงสีน้ำเงินพลังงานต่ำถูกส่องเข้าไปในเซลล์ ซึ่งโดยปกติแสงสีน้ำเงินนี้จะสามารถกระตุ้นโปรตีนเรืองแสงสีเขียวให้เรืองแสงได้อยู่แล้ว แต่ว่าแสงที่ได้ออกมานั้นจะออกมาในทุกทิศทาง แต่ว่าภายในช่องขนาดเล็กระหว่างกระจก แสงจะสะท้อนกลับไปกลับมา ทำให้กระตุ้นการเปล่งแสงจนกระทั้งได้ลำแสงอาพันธ์สีเขียวได้ ซึ่งนักวิจัยได้รายงานไว้ที่นิตยสาร Nature Phototonics

Qingdong Zheng นักวิทยาศาสตร์วัสดุ ของมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปคินส์ เสนอว่า เลเซอร์ชีวภาพนี้ สามารถใช้เพื่อเป็นการรักษาโดยแสงได้ อาทิ เพื่อที่จะฆ่าเซลล์มะเร็ง “มันเป็นงานที่ดีมากๆ” เขากล่าว

Gather และ Yun ยังคงให้ความสนใจในความเป็นไปได้ที่จะใช้เลเซอร์ทางชีวภาพนี้ในการรักษาโรค และถึงแม้ว่าเลเซอร์ทางชีวภาพนี้ ยังอยู่ในระยะเบื้องต้นของการพัฒนา แต่ในอนาคต มันอาจจะเปลี่ยนการติดต่อสือสารผ่านแสงจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคไร้ชีวิตมาเป็นเทคโนโลยีชีวภาพก็ได้ Gather ยังคงกล่าวอีกว่า มันจะทำให้การพัฒนาการติดต่อระหว่างมนุษย์กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคง่ายขึ้นไปอีก โดยให้เซลล์ประสาทในสมองส่งสัญญาณออกมาโดยใช้แสงเลเซอร์ ซึ่งสามารถตรวจจับได้จากอุปกรณ์ภายนอกร่างกาย ซึ่งอย่างน้อยก็ทำให้เราสามารถเล่นคอมพิวเตอร์ได้โดยไม่ต้องใช้อะไรเลย

แต่ว่ามุมมองที่น่าสนใจที่สุดของเลเซอร์ทางชีวภาพที่ผลิตมาจากเซลล์สิ่งมีชีวิตก็คือ ในขณะที่เลเซอร์แบบทั่วไป ตัวกลางในการผลิตเลเซอร์จะเสื่อมลงไปอยู่ตลอดเวลาจนกระทั่งไม่สามารถทำงานได้ แต่สำหรับเลเซอร์ทางชีวภาพ เซลล์จะสามารถผลิตโปรตีนเรืองแสงสีเขียวออกมาได้ตลอดเวลา “มันทำให้เราสามารถที่จะสร้างเลเซอร์ที่รักษาตัวเองได้” Gather กล่าว

ที่มา: https://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/06/a-cell-becomes-a-laser.html?ref=hp