生きた細胞の中の 3D プリントされた象が生物工学の画期的な兆候を示す

生物工学の発展は、現実と SF の間を行き来し続けます。 CRISPR-Cas システムによる遺伝子編集から、シャーレ内での機能するオルガノイドの成長からマイクロチップ上の脳細胞まで、科学者は最先端の発明で私たちを驚かせ続けています。

今回、スロベニアのブラチスラヴァにあるヨゼフ・ステファン研究所の凝縮物物理学科の研究者らは、生きた人間の細胞内の微細構造を3Dプリントする方法を初めて確立した。この技術の幅広さと多用途性を実証するために、彼らは細胞の内側に小さな象を他の微細な幾何学的物体や細胞標識用のバーコードとともに印刷しました。

彼らの研究で発表された 先端材料研究チームは、構造が生きた細胞の内部に直接印刷できること、そして細胞は異物があっても生存し続け、分裂を続けることを実証しました。この概念実証実験は、細胞に直接組み込まれた顕微鏡の機械やデバイスがどのように機能するのか、さらには細胞の特性を操作するのかをよりよく理解するための道を開く可能性があります。

「私たちの方法は、生きた細胞を内側から外側まで操作するための新しいツールを提供し、細胞の機械的および生物学的反応を研究するための新しいアプローチを可能にします」と研究の共著者であるジョゼフ・ステファン研究所の研究者マルサ・ムール氏はプレスリリースで述べた。

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細胞生物学のための 3D プリンティング微細構造

3D プリンティング技術は 1980 年代に登場しましたが、世界的に普及したのはここ 10 年のことであり、現在でも自宅に 3D プリンターを持っている人もいます。 3D プリンティングは個人の努力を超えて、多くの産業や科学分野で不可欠なツールとなっています。

生物学では、3D プリンティングは主にマイクロスケールで実施されます。印刷オブジェクトの正確な解像度を達成するために、技術者は二光子重合 (TPP) を使用します。この技術では、技術者が感光性樹脂を精密レーザーで処理し、最大 100 nm サイズのオブジェクトを生成します。

研究者はすでにこの技術を使用して、組織の治癒をサポートする小さな足場や物体を印刷し、その後細胞に埋め込んでいますが、生きた細胞内に直接印刷しようとした人は誰もいませんでした。したがって、スロベニアの研究チームは、無数の用途に使用できる革新的な細胞内生物工学ツールの基礎を築く機会があると考えました。

生きた細胞内での 3D プリント

研究者らは、生きたHeLa細胞（無限に分裂することができ、生物医学研究で非常に人気のあるヒトのがん細胞）でその技術をテストした。彼らは、生体適合性フォト樹脂をセルに一滴加え、レーザーを使用して樹脂を所望の 3D 形状に重合させました。

変形しなかった樹脂は徐々に溶解し、重合構造がセル内に残りました。この技術を使用して、研究チームは、細胞にラベルを付けるためのバーコード構造、木の杭のような形状、その他の幾何学的形状など、さまざまな構造を印刷しました。注目すべきことに、彼らは10マイクロメートルの象を印刷することができ、この技術の印象的な詳細を実証しました。

生きた細胞内での 3D プリンティングの実証に初めて成功したチームは、オブジェクトが細胞の生存率にどのような影響を与えるかを調査したいとも考えていました。彼は、細胞がどのように内部の構造を保持し、それらを拒絶しなかったのかだけでなく、細胞がどのように生き残り、分裂し、物体を娘細胞の1つに移すのかについても説明しました。

将来の生細胞へのアップグレード

この技術の初期段階にもかかわらず、この概念実証実験は何が可能であるかを実証し、生体力学、バイオエレクトロニクス、さらには標的薬物送達における新たな応用につながる可能性があることを実証しました。

研究者はいつか、生きた細胞内に小さな機械やデバイスを印刷して生物学的機能に関する知識を拡大したり、高度な能力を備えたサイボーグのような細胞を作成して、現在知られている自然の限界を超えて細胞工学を拡張する技術を開発するかもしれません。

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