Печать структур внутри живой клетки требует соблюдения строгих условий: лазер и печатные материалы должны функционировать в пространстве, меньшем, чем создаваемые объекты, не оказывать вредоносное воздействие на клетку и сохранять ее внутреннюю структуру.

Команда ученых из Института Йожефа Стефана показала, что это возможно. Авторы статьи, опубликованной в журнале Advanced Materials, показали, что микроструктуры из полимеров, изготовленные по индивидуальному заказу, могут быть созданы непосредственно внутри живых клеток человека с использованием метода двухфотонной полимеризации. Результаты указывают на новый способ создания функциональных структур внутри клеток, фактически превращая клеточную среду в место, подходящее для точной биопечати.

Основная сложность заключалась в том, чтобы доставить в клетку «чернила» — специальную светочувствительную смолу — и затем отвердить ее лазером, не убив клетку и не разрушив ее внутреннюю структуру. Ученые решили эту задачу с помощью микроинъекций: они вводили в клетки HeLa (стандартную линию человеческих клеток) крошечные капли (10–15 мкм) биосовместимой смолы.

Затем на эту каплю направляли фемтосекундный лазер, который точечно отвердевал материал, послойно формируя заданную структуру всего за 3–10 секунд. Лишняя смола впоследствии растворялась, и в цитоплазме клетки оставался лишь готовый твердый микрообъект. Разрешение печати внутри клетки оказалось высоким — удавалось создавать стенки толщиной всего 260 нм.

В качестве демонстрации технологии исследователи напечатали внутри клеток фигурки слона, логотипы, полые сферы и сложные решетки. Клетки оставались жизнеспособными, сохраняли нормальную морфологию и даже делились, передавая напечатанные структуры дочерним клеткам, хотя большие объекты (более 5 микрометров) замедляли процесс деления.

Но главное — команда показала варианты практического применения технологии, сообщает Nanowerk. Во-первых, они создали внутри клеток трехмерные графические штрих-коды, которые могут обеспечить уникальную идентификацию и долгосрочное отслеживание отдельных клеток в организме, так как количество возможных кодов астрономически велико.

Во-вторых, были созданы дифракционные решетки, которые при освещении лазером дают характерные узоры, позволяя дистанционно отслеживать вращение клетки в трех измерениях.

В-третьих, ученые создали внутри клеток микроскопические лазеры. Для этого они ввели в клетки смолу, легированную флуоресцентным красителем, и превратили каплю в оптический микрорезонатор. При накачке внешним лазером такая сфера диаметром 9 мкм начинала излучать когерентный свет.

Хотя технология требует пока введения микроинъекций вручную и связана с определенным уровнем гибели клеток из-за прокола мембраны, она открывает принципиально новые возможности. В перспективе можно будет создавать внутри клеток механические рычаги и пружины для изучения воздействия физических сил, проводящие структуры для внутриклеточных электрических измерений или контейнеры для адресной доставки лекарств. Это первый шаг к прямому инженерному преобразованию внутренней среды живой клетки с помощью искусственных структур.

Ученые показали, что добавка с метаболитом уролитином А оказывает быстрый омолаживающий эффект на иммунную систему людей старше 45 лет. Это соединение вырабатывается бактериями кишечника в ответ на определенные продукты.