Технология 3D-печати перешла границу разумного. Исследователи из Словении, воспользовавшись последними разработками, смогли напечатать 3D-объекты внутри человеческой клетки. Ширина клетки обычно составляет около 20 микрометров - примерно одну пятую ширины человеческого волоса. Возможность печати объектов внутри живой клетки позволяет контролировать и воздействовать на её поведение, а также проводить локализованное зондирование клетки для анализа действия лекарств.
Никогда бы не подумал, что кому-то придёт в голову и станет возможным печатать с помощью 3D-принтера объёмные объекты сразу внутри живой человеческой клетки. Однако команда исследователей из Словении смогла распечатать полимерные микроструктуры непосредственно внутри живых человеческих клеток. Печатали не что-то нужное, а скорее - наоборот, ради интереса. Например, фигурку слона. После чего наблюдали, что происходит с клеткой. Какие-то клетки погибли, а какие-то продолжили жить и в процессе митоза даже делились с дочерними клетками обретёнными фигурками.
Доступное пространство.
Человеческие клетки чрезвычайно малы и весьма плотно прилегают друг к другу. При ширине около 20 микрометров - это примерно одна пятая ширины человеческого волоса, каждая клетка содержит плотную смесь белков, органелл и постоянно происходящих молекулярных механизмов, например, репликации РНК или транскрипции. Возможность размещения крошечных структур внутри этого пространства без нарушения функциональности клетки может позволить учёным более детально изучить химические изменения внутри неё или реакции клетки на различные физические силы.
К сожалению, напечатать 3D-объект в первой попавшейся клетке нельзя, потому что большинство клеток не могут принимать твёрдые объекты размером более одного микрометра.
Иммунные клетки могут легко поглощать инородный материал, но они его помещают в ловушку внутри мембранных отсеков, а не отравляют себе в цитоплазму. Здесь задача была как раз разместить твёрдый объект в цитоплазме.
Известный метод поместить что-то в клетку: микроинъекция или временное открытие клеточной мембраны, хорошо работают только для доставки молекул, но не для размещения твёрдых, произвольных структур.
Печать объектов внутри живых клеток.
Печать чего-либо, да ещё и внутри живой клетки - процедура сложная. По сути, лазер и печатные материалы должны невероятно точно функционировать в пространстве, меньшем, чем создаваемые объекты. Кроме того, надо постараться сохранить внутреннюю структуру клетки, а также избежать любых токсичных эффектов от этой сложной процедуры.
Согласно публикации в известном издании Advanced Materials, исследователям из Словении это удалось. Команда продемонстрировала, как индивидуальные полимерные микроструктуры могут быть изготовлены непосредственно внутри живых человеческих клеток. Для печати использовался очень сложный с технической точки зрения лазерный метод, который называется двухфотонная полимеризация.
Процесс начался с размещения печатного материала внутри клетки. Используя ультратонкие стеклянные иглы, исследователи ввели крошечные капли фоторезиста (IP-S) в клетки HeLa. Это специальные клетки человека, которые используются для всевозможных опытов и исследований. Их даже называют "бессмертными" за способность делиться неограниченное число раз.
Материал, используемый для печати объектов, подобрали совместимым с живыми клетками. После своего отвердения он абсолютно нетоксичен. Если же этот материал не сможет затвердеть, то он просто растворяется.
После инъекции (ввода в клетку) каждая капля материала, размером от 10 до 15 микрометров в поперечнике, подверглась воздействию сверхбыстрого лазера. Управление печатью осуществлялось через высокоточный микроскоп. Лазер запускал полимеризацию материала только в своей фокусной точке. Так слой за слоем на высокой скорости создавались трёхмерные объекты внутри клетки. В результате печати были созданы твёрдые микроструктуры внутри клетки, а окружающая клеточная среда осталась нетронутой.
Что делают клетки с напечатанными фигурками?
В ходе эксперимента исследователи напечатали ряд крошечных фигур, включая 10-микрометрового слона, логотипы лаборатории, полые сферы и решетчатые структуры. Все эти объекты были расположены внутри клеточной мембраны.
Выживаемость клеток составила примерно 50%. Это сопоставимо с любыми инвазивными методами. Через 24 часа около 55% клеток, содержащих печатные структуры, погибли.
Выжившие клетки с напечатанными объектами вели себя нормально. Они сохраняли типичную форму и продолжали делиться. Что интересно, во время митоза напечатанные объекты передавались дочерним клеткам, если имели небольшие размеры. Объекты размером более 5 микрометров задерживали деление клеток по крайней мере на 1 час. Это показывает как инородное тело влияет на поведение клетки.
Вместо заключения.
Я не биолог и уж тем более не медик. Мои познания в биологии ограничиваются средней советской школой. Но мне представляется, что такая технология позволит точечно влиять на клетки человека, менять физику их поведения или высвобождать лекарства именно там, где это необходимо. Например, взять под контроль клетки какого-либо человеческого органа и заставить их правильно функционировать - было бы совсем не плохо.
Благодарю Вас за прочтение и потраченное время.
Помочь умственному развитию автора можно здесь.
На что собираются деньги написано здесь.