Впервые в истории исследователи напечатали 3D-структуры внутри живых человеческих клеток — включая миниатюрного слона размером 10 микрометров и микроскопические «штрихкоды», способные отслеживать отдельные клетки. Результаты были размещены на сервере препринтов arXiv.
Это — не просто визуальный трюк. Новая технология открывает новый способ взаимодействия с клетками без изменения их ДНК и может привести к революции в биомедицине, диагностике и изучении живых организмов.
«Удивительно видеть, что некоторые клетки действительно выживают», — говорит биофизик Керстин Гепфрих из Гейдельбергского университета. — «Честно говоря, если бы вы мне сказали, я бы не поверила».
Как удалось такого добиться?
Команда под руководством физика Матьяжа Хумара из Института Йожефа Стефана в Словении использовала метод, называемый двухфотонной полимеризацией. Это высокоточная технология, при которой жидкая смола (фоторезист) затвердевает, когда поглощает сразу два фотона лазера. Поскольку это происходит только в точке фокусировки, можно создавать крошечные структуры с микрометровой точностью, перемещая лазер по заданной траектории.
Чтобы печатать внутри клетки, в нее сначала вводили фоторезист. После этого лазером «вырезали» структуру, а неиспользованный материал удаляли. Такой подход позволил напечатать не только «слона», но и микролазеры, и уникальные штрихкоды — они помогут идентифицировать или отслеживать поведение отдельных клеток.
Само введение фоторезиста и лазерная обработка могут быть токсичны и травматичны для клетки. Чтобы снизить риски, ученые провели предварительный отбор фоторезистов и выбрали наименее вредный.
Результат: некоторые клетки не только выжили, но и продолжили делиться, передав «наследство» — 3D-структуру — дочерней клетке. Однако многие клетки все же погибли в течение суток.
Как отмечает физик-оптик Мальте Гатер «похоже, клетки просто не любят, когда в них что-то впрыскивают».
Будущее за поиском менее токсичных материалов или таких, которые смогут сами проникать сквозь мембрану, исключая повреждающую инъекцию.
Что еще можно сделать внутри клетки?
Помимо маркировки, исследователи предлагают печатать микрорычаги, пружины или барьеры, чтобы изучать внутренние механические процессы в клетке. Например, можно изолировать отдельные ее части и анализировать, как они работают.
Также обещающим направлением являются микролазеры — крошечные сферы, которые испускают лазерный свет. Каждая такая сфера может иметь собственную световую «подпись», а изменения в излучении могут указывать на биомолекулы или химическую среду внутри клетки. Это создает потенциал для точной диагностики и наблюдения за жизнедеятельностью клеток в реальном времени.
«Это новый и удивительный способ взаимодействия с клетками без их генетической модификации», — подчеркивает Гепфрих.
Биологи нашли в человеческих клетках неизвестную ранее структуру
Ученые впервые в мире отредактировали гены митохондрий в клетках пациент
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram