Revolučná 3D tlač umožňuje vytvárať mikroskopické štruktúry priamo vo vnútri živých buniek

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Dvojfotónová polymerizácia umožňuje tlač mikroštruktúr vo vnútri buniek bez ich usmrtenia.

• Umelé hydrogélové riasinky dokážu pumpovať tekutiny pomocou elektrického poľa.

• Bunky s implantovanými štruktúrami sa môžu deliť a prenášať ich na potomstvo.

Vedecký svet zaznamenal významný posun v oblasti bioinžinierstva a mikrorobotiky vďaka novej metóde manipulácie s bunkami. Výskumníci vyvinuli technológiu, ktorá umožňuje využiť 3D tlač na mikroskopickej úrovni priamo vo vnútri živých biologických buniek.

Tento proces, známy ako dvojfotónová polymerizácia, otvára dvere k manipulácii s bunkami spôsobom, ktorý bol doteraz považovaný za nemožný. Celý proces začína injekciou špeciálneho biokompatibilného materiálu do vnútra bunky. Tento materiál, nazývaný fotorezist, je citlivý na svetlo a v tekutom stave neškodný pre bunkové prostredie.

Následne je bunka ožiarená vysoko precíznym laserom, ktorý dokáže zamerať svoju energiu do extrémne malého bodu. V mieste, kde sa laserové lúče stretnú, dochádza k okamžitému stvrdnutiu fotorezistu. Týmto spôsobom sa vytvorí požadovaný tvar s presnosťou na zlomky mikrometra bez toho, aby sa poškodila bunková membrána alebo organely.

Vedcom sa podarilo vo vnútri buniek vytvoriť rôzne geometrické útvary, čiarové kódy či dokonca zložitejšie tvary. Jedným z demonštračných objektov bola miniatúrna socha v tvare slona, ktorá sa zmestila do vnútra bunky. Kľúčovým úspechom tejto metódy je zachovanie vitality a funkčnosti bunky po zákroku.

Ošetrené bunky nielenže prežijú proces tlače, ale sú schopné normálne fungovať a vykonávať svoje biologické procesy. Dokonca bola pozorovaná schopnosť týchto buniek deliť sa, čo je znakom ich dobrého zdravotného stavu.

Počas bunkového delenia sa vytlačená mikroštruktúra prenáša do jednej z dcérskych buniek, čo otvára možnosti pre dlhodobé sledovanie línií buniek. Tento jav by mohol viesť k vytvoreniu miniatúrnych strojov alebo senzorov, ktoré by v bunkách plnili špecifické úlohy dlhodobo.

Súbežne s týmto objavom iný tím vedcov predstavil pokrok v oblasti mäkkej mikrorobotiky vytvorením umelých hydrogélových riasiniek. Tieto štruktúry sú dlhé len 18 mikrometrov a majú priemer približne 2 mikrometre. Svojou veľkosťou aj funkciou tak verne napodobňujú biologické riasinky, ktoré sa nachádzajú napríklad v ľudských dýchacích cestách.

Pohyb týchto umelých riasiniek nie je riadený mechanicky, ale pomocou elektrického poľa. Systém funguje na veľmi nízkom napätí okolo 1,5 voltu, čo je bezpečné pre biologické aplikácie. Aktiváciou mikroskopických elektród dochádza k migrácii iónov vo vnútri hydrogélovej siete riasinky.

Tento pohyb iónov spôsobuje zmenu objemu materiálu, čo vedie k ohýbaniu alebo rotácii celej štruktúry. Tento mechanizmus umožňuje riasinkám vykonávať komplexné trojrozmerné pohyby s frekvenciou až 40 kmitov za sekundu. Takáto frekvencia je porovnateľná s prirodzeným pohybom biologických riasiniek v prírode.

Umelé riasinky boli testované v rôznych biologických tekutinách, vrátane krvnej plazmy myší a ľudského séra. Preukázali vysokú odolnosť a stabilitu, pričom po viac ako 300 000 cykloch nevykazovali žiadne známky mechanického opotrebenia.

Schopnosť týchto mikro-zariadení pumpovať tekutiny v mikroskopickom meradle je kľúčová pre budúce aplikácie. Mohli by nájsť uplatnenie v technológiách laboratória na čipe (lab-on-a-chip) pre presnú diagnostiku chorôb.

Spojenie týchto technológií naznačuje budúcnosť, v ktorej budeme schopní nielen pozorovať biologické procesy, ale do nich aj aktívne zasahovať. Od vnútrobunkových senzorov až po mikroboty čistiace cievy, hranice medzi biológiou a inžinierstvom sa stávajú čoraz tenšími.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Technológia umožňuje presnú manipuláciu a diagnostiku na bunkovej úrovni, čo môže viesť k novej generácii liečebných metód.

^{Zdroj: phys.org foto: depositphotos.com}