Επιστήμονες κατάφεραν να πραγματοποιήσουν 3D εκτυπώσεις μέσα σε ανθρώπινα κύτταρα

Ερευνητές στη Σλοβενία κατάφεραν να πραγματοποιήσουν κάτι που μέχρι πρόσφατα έμοιαζε σχεδόν αδιανόητο: να εκτυπώσουν τρισδιάστατες στερεές μικροδομές στο εσωτερικό ζωντανών ανθρώπινων κυττάρων.

Το επίτευγμα ανοίγει έναν νέο δρόμο στη βιοϊατρική έρευνα, καθώς επιτρέπει την ελεγχόμενη παρέμβαση στο εσωτερικό του κυττάρου χωρίς να απαιτείται η εισαγωγή έτοιμων στερεών αντικειμένων από το εξωτερικό, αναφέρει το EcoNews.

Η μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Advanced Materials, πραγματοποιήθηκε από ομάδα με επικεφαλής τη φυσικό Maruša Mur στο Ινστιτούτο Jožef Stefan, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Λιουμπλιάνας και το CENN Nanocenter. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μια τεχνική λέιζερ γνωστή ως πολυμερισμός δύο φωτονίων, ώστε να δημιουργήσουν προσαρμοσμένα τρισδιάστατα σχήματα απευθείας μέσα σε ζωντανά κύτταρα HeLa, ένα από τα πιο γνωστά κυτταρικά μοντέλα στη βιοϊατρική έρευνα.

Το βασικό πρόβλημα που επιχειρεί να λύσει η νέα μέθοδος είναι ότι το ανθρώπινο κύτταρο είναι εξαιρετικά μικρό, με διάμετρο περίπου 20 μικρομέτρων, περίπου το ένα πέμπτο του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας. Μέσα σε αυτόν τον περιορισμένο χώρο βρίσκονται ο πυρήνας, τα μιτοχόνδρια και πολλά άλλα συστατικά, και όλα κολυμπούν στο κυτταρόπλασμα, το υγρό εσωτερικό του κυττάρου. Η τοποθέτηση ενός στερεού αντικειμένου σε αυτό το περιβάλλον χωρίς σοβαρή βλάβη αποτελούσε έως τώρα μεγάλη πρόκληση. Οι υπάρχουσες τεχνικές συνήθως επέτρεπαν μόνο την είσοδο μικρών μορίων ή γενετικού υλικού, ενώ τα στερεά σώματα είτε προκαλούσαν ζημιά είτε παγιδεύονταν σε μεμβρανικά διαμερίσματα.

Πώς έγινε η 3D εκτύπωση μέσα στα κύτταρα

Η σλοβενική ομάδα ακολούθησε διαφορετική προσέγγιση: αντί να εισάγει ένα έτοιμο αντικείμενο στο κύτταρο, το κατασκεύασε επιτόπου. Αρχικά, οι ερευνητές μικροέγχυσαν σε μεμονωμένα κύτταρα μια φωτοευαίσθητη ρητίνη με τη χρήση εξαιρετικά λεπτών γυάλινων βελονών. Στη συνέχεια, εστίασαν πάνω της έναν υπερταχύ υπέρυθρο παλμικό λέιζερ μέσω μικροσκοπίου υψηλής ακρίβειας. Η ρητίνη στερεοποιούνταν μόνο στο ακριβές σημείο όπου η ένταση του φωτός ήταν μέγιστη, επιτρέποντας στους ερευνητές να «χτίζουν» πολύπλοκες δομές στρώση προς στρώση, χωρίς να επηρεάζεται σημαντικά ο υπόλοιπος κυτταρικός χώρος.

Για να δείξουν τις δυνατότητες της μεθόδου, οι επιστήμονες τύπωσαν μέσα στα κύτταρα μια κούφια σφαίρα, δομές τύπου πλέγματος, γραμμωτούς κώδικες για ιχνηλάτηση κυττάρων, ακόμη και ένα ομοίωμα ελέφαντα μήκους μόλις δέκα μικρομέτρων.

Οι απεικονίσεις έδειξαν ότι οι στερεές αυτές κατασκευές παρέμεναν ελεύθερες μέσα στο κυτταρόπλασμα, ενώ ο πυρήνας συχνά μετατοπιζόταν ή παραμορφωνόταν για να τους κάνει χώρο.

Πώς επηρεάστηκαν τα κύτταρα

Παρά την εντυπωσιακή αυτή παρέμβαση, πολλά κύτταρα συνέχισαν να επιβιώνουν. Έπειτα από 24 ώρες, περίπου τα μισά κύτταρα με εκτυπωμένη δομή δεν ήταν πλέον βιώσιμα, ποσοστό πάντως παρόμοιο με εκείνο κυττάρων που είχαν υποστεί μόνο την έγχυση. Αυτό δείχνει ότι η κύρια βλάβη οφείλεται κυρίως στη διάτρηση της κυτταρικής μεμβράνης και όχι στο ίδιο το λέιζερ ή στη στερεοποιημένη ρητίνη.

Στα κύτταρα που επιβίωσαν, η λειτουργία τους παρέμεινε σε μεγάλο βαθμό φυσιολογική. Μπορούσαν να κινούνται, να διαιρούνται και σε ορισμένες περιπτώσεις να μεταβιβάζουν την εκτυπωμένη δομή σε ένα από τα θυγατρικά κύτταρα κατά τη μίτωση. Όταν το ενσωματωμένο αντικείμενο ήταν μικρό, η κυτταρική διαίρεση εξελισσόταν σχεδόν κανονικά. Μεγαλύτερες δομές, όμως, καθυστερούσαν τη διαδικασία, υποδηλώνοντας ότι ασκούσαν μηχανική πίεση στο εσωτερικό του κυττάρου.

Πώς μπορεί να αξιοποιηθεί

Η τεχνική βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο και σήμερα απαιτεί χειροκίνητη έγχυση σε κάθε κύτταρο ξεχωριστά, κάτι που την καθιστά αργή και δύσχρηστη. Ωστόσο, θεωρείται σημαντική απόδειξη αρχής. Στο μέλλον, θα μπορούσε να επιτρέψει την τοποθέτηση εσωτερικών «αισθητήρων», μικροσκοπικών οπτικών στοιχείων ή μηχανικών δομών που θα βοηθούν τους επιστήμονες να μελετούν πώς τα κύτταρα ανταποκρίνονται σε δυνάμεις και εμπόδια από μέσα.

Πηγή: cnn.gr