Вчені вперше надрукували тривимірні полімерні мікроструктури всередині живих людських клітин, не порушуючи їхньої цілісності.
Людські клітини мають розмір близько 20 мікрометрів — це приблизно у п’ять разів менше за товщину волосини. В такому щільному середовищі розміщені органели, білки та молекулярні механізми. Розміщення мікроструктур усередині клітини дозволяє “відстежувати її зміни, хімічні реакції або відповідь на механічні впливи”, як стверджують автори дослідження. Але доставити тверді об’єкти в цитоплазму, оминаючи мембранні пастки, — надзвичайно складно.
Дотепер технології, як-от мікроін’єкція або тимчасове відкриття мембрани, дозволяли доставляти лише молекули. Втім, у новому дослідженні, опублікованому в Advanced Materials, науковці зі Словенії продемонстрували, що за допомогою двофотонної полімеризації можна створювати мікроструктури прямо в живих клітинах. “Це перетворює внутрішній простір клітини на майданчик для точної біофабрикації”, — зазначено в публікації.
Для цього дослідники ввели в клітини HeLa мікрокраплі фотополімеру IP-S через надтонкі скляні голки. Матеріал був підібраний так, щоб не шкодити живим клітинам і розчинятися, якщо не був повністю затверділий. Лазер із надвисокою точністю ініціював полімеризацію лише в точці фокуса, дозволяючи створювати складні 3D-форми шар за шаром.
Серед надрукованих об’єктів — мікроелефант розміром 10 мікрометрів, порожнисті сфери та решітчасті структури. Зображення з мікроскопа показали, що об’єкти знаходяться всередині клітини, і навіть ядра змінювали свою форму, щоб “пристосуватися” до нового вмісту. “Клітини адаптуються до внутрішніх об’єктів і продовжують ділитися”, — йдеться в дослідженні.
Через 24 години життєздатність клітин становила 45%, що відповідає рівню після ін’єкції без друку. Менші структури майже не впливали на функціонування клітин, але об’єкти понад 5 мікрометрів затримували поділ клітин на годину і більше. Це свідчить про те, що “великі сторонні тіла можуть незначно змінювати поведінку клітини”.
Метод поки що обмежений індивідуальними ін’єкціями, однак із розвитком матеріалів і технологій його можна масштабувати. Перспективи відкриваються широкі: від цільової доставки ліків до впливу на механіку клітини. Як підсумовують автори, “друк всередині клітини — це новий рубіж у біоінженерії та клітинній біології”.