Research press release


Nature Photonics

Cellular lasers



Seok YunおよびMatja? Humarは、油に蛍光色素を混ぜた微小液滴を通常の細胞に注入することによって、あるいはもともと脂質滴を含有する脂肪細胞を色素を用いて培養することによって、細胞を超小型レーザーに改造できることを実証している。こうした液滴は、光を閉じ込める微小な球形レーザー共振器として機能するため、細胞を短いパルス光で励起するとレーザー発振が起こる。重要なのは、レーザー光の正確な波長が細胞内の機械的応力の程度に依存することであり、この現象を利用すれば非常に高い感度で細胞質の内部応力を検出する手段が得られる。さらに、著者らは、液滴の代わりにさまざまな大きさの蛍光ポリスチレンビーズを用いることによって、レーザーの発光色を変えることができ、ひいては1個の細胞を一意的に識別・標識できることを見いだした。原理上、この手法を拡張することで、数千個の細胞に個別にタグ付けすることができる。

The creation of self-contained cellular lasers is reported online this week in Nature Photonics. The approach offers a new way of labelling biological cells and monitoring their health.

Luminescent probes, such as fluorescent dyes and proteins, are useful tools for biochemical sensing applications. However, these probes have relatively broad emission spectra, which makes them difficult to distinguish from the broad background emission of molecules in biological tissue.

Seok Yun and Matjaz Humar demonstrate that ordinary cells can be transformed into miniature lasers by injecting small droplets of oil or natural lipids mixed with a fluorescent dye into the cell. The droplet acts as a tiny spherical laser cavity that confines light, and when the cell is excited by short pulses of light, it lases. Importantly, the exact wavelength of the laser light depends on the level of mechanical stress within the cell, offering a very sensitive means for detecting internal cytoplasmic stress. In addition, by using fluorescent polystyrene beads of varying sizes instead of droplets, the authors found that it is possible to vary the colour of the lasing and thus uniquely identify or label a cell. In principle, the approach can be scaled to individually tag thousands of cells.

doi: 10.1038/nphoton.2015.129


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