В живой человеческой клетке впервые напечатали микроскопические 3D-структуры

Исследователи из Словении впервые продемонстрировали возможность создания микроскопических твердых структур непосредственно внутри живых человеческих клеток. Метод, основанный на лазерной технологии, позволяет «печатать» объекты размером около одной пятой толщины человеческого волоса прямо в цитоплазме клетки, где они могут свободно взаимодействовать с ее внутренней средой.

До сих пор подобная задача была крайне сложной. Большинство клеток не могут поглощать твердые объекты крупнее микрометра, а если это и происходит, как в иммунных клетках, то материал оказывается заперт в мембранном пузырьке, а не высвобождается. Существующие методы доставки, такие как микроинъекция, хорошо работают для молекул, но не для размещения самостоятельных твердых структур.

В ходе исследования, опубликованного в журнале Advanced Materials, ученые использовали метод двухфотонной полимеризации. Сначала с помощью сверхтонких стеклянных игл они вводили в цитоплазму клеток HeLa, стандартной линии человеческих клеток, микрокапли специального фотополимера (IP-S). Этот материал был выбран за биосовместимость, нетоксичность после затвердевания и способность растворяться, если полимеризация не завершена.

Затем капля, размером 10-15 микрометров, подвергалась воздействию сверхбыстрого лазера через высокоточный микроскоп. Лазер инициировал полимеризацию только в фокальной точке, что позволило слой за слоем «выращивать» сложные трехмерные объекты, не повреждая саму клетку. В качестве демонстрации исследователи создали внутри клеток микроскопического слона, логотипы лабораторий, полые сферы и решетчатые конструкции.

Изображения показали, что напечатанные структуры действительно находятся внутри клеточной мембраны. Ядро клетки при этом смещалось, освобождая пространство для нового объекта. Выживаемость клеток после процедуры составила около 45% через 24 часа, что сопоставимо с другими инвазивными методами, например, с простым проколом мембраны.

Клетки, оставшиеся жизнеспособными, вели себя нормально: сохраняли форму и продолжали делиться. Наблюдения в динамике показали, как напечатанные структуры передаются дочерним клеткам во время митоза. Однако объекты крупнее 5 микрометров замедляли деление клетки минимум на час, что указывает на влияние инородного тела на клеточные процессы.

В настоящее время метод требует индивидуальной инъекции в каждую клетку, что ограничивает его масштабирование. Тем не менее, сама возможность размещения твердых, точно сконструированных объектов в цитоплазме открывает новые перспективы — от исследования реакции клеток на контролируемые механические силы до создания систем локального высвобождения лекарств или внутриклеточных сенсоров.