Внутри человеческой клетки появился 3D-лазер: зачем и что это меняет

Впервые в истории ученым удалось напечатать миниатюрные 3D-структуры прямо внутри живых человеческих клеток. Среди них — слон размером всего 10 микрометров и микроскопические штрихкоды, которые способны отслеживать поведение отдельных клеток. Это не просто технологический фокус, а настоящий научный прорыв, который может изменить представление о медицине и биологии.

Печатать внутри клетки? Уже возможно

Команда исследователей под руководством физика Матьяжа Хумара из Института Йожефа Стефана (Словения) использовала метод под названием двухфотонная полимеризация. Эта технология позволяет затвердевать фоторезисту (жидкой смоле) в нужной точке, когда туда попадает сразу два фотона лазера. Такая точечная активация позволяет буквально "рисовать" сложнейшие структуры с точностью до микрометра внутри живых клеток.

Прежде чем приступить к печати, ученые вводили в клетку фоторезист. После этого, перемещая лазер по заранее заданной траектории, они создавали нужную форму, а лишний материал удаляли. Так были созданы не только фигура слона, но и микролазеры, а также уникальные штрихкоды, каждый из которых может служить маркером для слежения за отдельными клетками.

Как клетки реагируют на такую процедуру?

Неожиданно оказалось, что некоторые клетки не только переживают вмешательство, но и продолжают делиться. Более того, дочерние клетки получают в "наследство" встроенную структуру. Тем не менее, выживают далеко не все: значительная часть клеток погибает в течение первых суток.

"Удивительно видеть, что некоторые клетки действительно выживают", — отмечает биофизик Керстин Гепфрих из Гейдельбергского университета.

Ученые изначально понимали, что процесс может быть токсичным, поэтому провели тщательный отбор фоторезистов и выбрали наименее вредные соединения. Однако и этого оказалось недостаточно: в будущем планируется использовать более мягкие материалы или молекулы, способные проникать в клетки без инъекций.

"Похоже, клетки просто не любят, когда в них что-то впрыскивают", — с иронией замечает физик-оптик Мальте Гатер.

Возможности: от штрихкодов до лазеров внутри клетки

Идея 3D-печати внутри клетки открывает совершенно новый пласт возможностей:

• Идентификация и отслеживание клеток при помощи уникальных микроштукодов.
• Изучение механики клетки — с помощью микрорычагов, пружин и барьеров можно изолировать и исследовать конкретные части клетки.
• Биодиагностика нового уровня — микролазеры, вживленные в клетку, могут излучать свет, отражающий состояние биохимической среды. Любое изменение спектра — это потенциальный сигнал о внутренних процессах.

Такие технологии дают ученым новый способ взаимодействовать с живыми клетками — и всё это без изменения их ДНК.

"Это новый и удивительный способ взаимодействия с клетками без их генетической модификации", — подчёркивает Керстин Гепфрих.

Впервые биотехнология шагнула так глубоко — буквально внутрь клетки, не ломая её суть. Пусть пока не все клетки выдерживают такую манипуляцию, сам факт того, что хоть некоторые способны выжить и адаптироваться, открывает горизонты для медицины будущего.