Ученые напечатали на 3D-принтере слона внутри живой клетки

Ученые впервые в истории создали 3D-структуру внутри живой клетки, не повредив ее. Они смогли «поместить» штрих-коды для маркировки клеток, объемные фигурки, включая слона размером 0,01 мм, и крошечные лазеры, излучающие свет.



Клетка, в которую специалисты поместили слона и другие объекты, в десять раз тоньше человеческого волоса. Кроме того, она постоянно двигается и пульсирует.

Ученые из Института Йожефа Стефана и Люблянского университета создали 3D-структуры внутри живой клетки, не повредив ее. Исследование было опубликовано в arXiv.

Как они это сделали

Обычная 3D-печать использует твердые материалы — пластик, металл. Однако клетка жидкая — цитоплазма по консистенции как желе, — чувствительная — погибает от токсичных веществ — и динамичная — постоянно меняет форму.

Поэтому ученым пришлось искать выход. Они адаптировали метод двухфотонной полимеризации (ТРР), который:
Вводит в клетку фоторезист — биосовместимый гель;
Лазерный луч точечно затвердевает гель;
Незатронутые участки вымываются, оставляя только нужную структуру.


Схематическое изображение протокола печати

Проще говоря, ученые нарисовали узор в стакане с водой, мгновенно превращая линии в пластик, а остальную воду сливая.

Точность ТРР до 0, 0001 мм — это в 100 раз тоньше волоса.

Что удалось создать

1. Клеточные штрих-коды.
Уникальные узоры для идентификации тысяч клеток. Они позволят отслеживать миграцию раковых клеток.

2. Микро-слон (10 мкм)
Он доказывает, что можно напечатать любую сложную форму размером с митохондрию.


Проекты печати и изображения

3. Живые микролазеры
Эти микролазеры излучают свет разного цвета в зависимости от размера. Они могут сигнализировать об изменениях в клетке, например, при заражении.

4. Механические «пружинки»
Они способны измерить силу внутри клетки, что поможет изучить движение метастазов.

Как клетки сохранили живымиОсновные риски при помещении чего-либо в клетку: разрыв мембраны при введении иглы, токсичность фоторезиста и нарушение функций клетки.

Чтобы избежать возможных проблем, ученые создали биосовместимые гели на основе гидрогелей — они менее токсичны. Они использовали сверхтонкие иглы — диаметром 0, 0005 мм — и оказывали кратковременное воздействие — лазер работал доли секунды.


Иллюстрация живой клетки

В результате 50% клеток выживали после процедуры. Некоторые даже продолжали делиться, передавая структуры. Но самое главное, что объекты не влияли на ДНК.

Почему это важно

Ученые делали это все не ради веселья или развлечения. Их основная цель — сделать изучение болезней проще. Так, подобные штрих-коды могли бы помочь отслеживать стволовые клетки при трансплантации. А лазеры менять цвет при контакте с вирусами и быть ранними датчиками выявления рака.

Это все — будущие шаги ученых. И первый из них — решение ограничения, с которым они столкнулись. Пока исследователи способны печатать только очень мелкие объекты — до 5% от объема клетки.