Изследователи от Словения постигнаха пробив, като се научиха да произвеждат микроскопични полимерни структури директно в живи човешки клетки с помощта на лазерен 3D печат.

Тази технология, известна като двуфотонна полимеризация, позволява създаването на твърди обекти с произволна форма и детайли до 100 нанометра.

Това открива пътя към разработването на вътреклетъчни сензори, механични сонди и сложни оптични устройства.

Отпечатването на структури в жива клетка изисква спазването на строги условия.

Лазерът и материалите за печат трябва да функционират в пространство, по-малко от самите обекти, без да увреждат клетката или да нарушават вътрешната ѝ структура.

Екип от учени от Института „Йожеф Стефан“ демонстрира, че това е възможно.

В статия, публикувана в списание Advanced Materials, авторите показват как микроструктури от полимери могат да бъдат създадени по поръчка директно в живи човешки клетки.

Резултатите сочат нов начин за изграждане на функционални структури, превръщайки клетъчната среда в подходящо място за прецизен биопечат.

Основното предизвикателство е било да се достави в клетката „мастилото“.

Това е специална фоточувствителна смола. След това тя да се втвърди с лазер, без да се убие клетката или да се разруши нейната вътрешна структура.

Учените решават този проблем чрез микроинжекции, като въвеждат в клетки HeLa (стандартна линия човешки клетки) миниатюрни капки (10–15 µm) от биосъвместима смола.

След това капката се облъчва с фемтосекунден лазер, който втвърдява материала точково, формирайки зададената структура слой по слой само за 3 до 10 секунди.

Излишната смола се разтваря, оставяйки в цитоплазмата само готовия твърд микрообект.

Резолюцията на печат в клетката се оказва изключително висока, като е постигнато създаването на стени с дебелина едва 260 нанометра.

За да демонстрират технологията, изследователите отпечатват в клетките фигурки на слон, лога, кухи сфери и сложни решетки.

Клетките остават жизнеспособни, запазват нормалната си морфология и дори се делят, предавайки отпечатаните структури на дъщерните клетки.

Все пак по-големите обекти (над 5 микрометра) забавят процеса на делене.

Според Nanowerk, екипът е показал и практически приложения на технологията.

Първо, те създават триизмерни графични баркодове вътре в клетките, които могат да осигурят уникална идентификация и дългосрочно проследяване на отделни клетки в организма. Броят на възможните кодове е астрономически голям.

Второ, създадени са дифракционни решетки, които при осветяване с лазер произвеждат характерни шарки, позволяващи дистанционно проследяване на въртенето на клетката в три измерения.

Трето, учените създават микроскопични лазери вътре в клетките.

За целта те инжектират смола, легирана с флуоресцентно багрило, и превръщат капката в оптичен микрорезонатор.

При стимулиране с външен лазер, такава сфера с диаметър 9 µm започва да излъчва кохерентна светлина.

Въпреки че технологията нови възможности пред медицината.

В бъдеще ще може да се създават механични лостове и пружини за изследване на физични сили; проводящи структури за вътреклетъчни електрически измервания; контейнери за целево доставяне на лекарства.

Това е първа стъпка към директното инженерно преобразуване на вътрешната среда на живата клетка чрез изкуствени структури.