Словенские учёные превратили живые клетки в фабрики 3D-печати

Группа исследователей из Института Йожефа Стефана (Словения) нашла способ создавать полимерные микроструктуры прямо внутри человеческих клеток.

Работа, опубликованная в журнале Advanced Materials, показывает новый подход к биофабрикации: теперь внутреннее пространство клетки может служить площадкой для высокоточного производства.Корейские учёные создали пистолет для заживления костей – Быстрое лечение переломов

Инновация внутриклеточной печати

Человеческая клетка — крайне тесная среда диаметром около 20 микрометров (всего пятая часть толщины волоса), плотно забитая белками и органеллами.

Поместить туда инородный объект всегда было сложно: клетки обычно не способны поглощать твёрдые частицы крупнее одного микрометра. Старые методы вроде фагоцитоза лишь изолировали объекты в мембранных пузырьках, не давая им контактировать с цитоплазмой.

Новая методика на базе двухфотонной полимеризации обходит эти ограничения. Учёным удалось напечатать функциональные 3D-объекты прямо в цитоплазме, не разрывая мембрану и не разрушая хрупкую структуру клетки.

Технология стартует с микроинъекции: в клетки линии HeLa вводят фоторезист IP-S. Материал подбирали строго по биосовместимости — он не токсичен и растворяется, если не затвердел.

Каплю фотополимера размером 10–15 микрометров доставляют внутрь ультратонкой стеклянной иглой.

Затвердевание запускает фемтосекундный лазер, сфокусированный через мощный микроскоп. Он инициирует полимеризацию только в одной точке фокуса, позволяя послойно выстраивать сложные трёхмерные фигуры. Окружающая среда при этом остаётся нетронутой.

Чтобы показать возможности метода, исследователи напечатали внутри клеток решётки, полые сферы, логотипы и даже микроскопического слона размером 10 микрометров.

Влияние на жизнедеятельность и перспективы применения

Микроскопия подтвердила: напечатанные объекты свободно располагаются внутри мембраны, а клеточные ядра меняют форму, подстраиваясь под нового «соседа».

Спустя 24 часа выживаемость составила около 55%. Это сопоставимо с показателями при обычном проколе мембраны без печати, где смертность также достигает 50%.

Клетки с имплантированными структурами сохранили активность и способность к делению.

Учёные зафиксировали, что напечатанные объекты даже передаются «по наследству» дочерним клеткам. Однако размер также важен: структуры крупнее 5 микрометров задерживали деление минимум на час, что говорит о механическом влиянии на биологические процессы.

Пока технология упирается в низкую производительность — инъекцию нужно делать в каждую клетку индивидуально. Но сама возможность создавать твёрдые объекты заданной формы внутри цитоплазмы открывает серьёзные перспективы.

Это база для разработки локальных биосенсоров, систем точечной доставки лекарств и изучения того, как клетки реагируют на механическое воздействие изнутри.