Kể từ khi công nghệ in 3D bùng nổ vào giữa những năm 2000, con người đã sản xuất ra đủ mọi thứ, từ sô cô la cho đến nhiên liệu tên lửa, và giờ đây, danh sách này còn bao gồm cả một chú voi siêu nhỏ bên trong tế bào sống. Thật sự, công nghệ đã tiến bộ vượt bậc kể từ năm 2005.
Mới đây, một nhóm nghiên cứu từ Viện J. Stefan, Đại học Ljubljana và CENN Nanocenter ở Slovenia đã phát hiện ra cách thức để thực hiện quá trình in 3D ngay bên trong tế bào. Họ đã thành công không chỉ in một chú voi nhỏ, mà còn nhiều cấu trúc không thể tưởng tượng khác bằng cách sử dụng một loại polymer lỏng và tia laser cực mạnh.
Điều đặc biệt là, mặc dù hầu hết những loại polymer này (được biết đến là photoresists) đều có tính độc hại, nhưng vẫn có các tế bào sống sót. Thậm chí, một số tế bào còn phân chia và mang theo những cấu trúc đã được nhúng vào bên trong.
"Việc in 3D bên trong tế bào mang đến một mức độ kiểm soát chưa từng có đối với nội bộ tế bào, cho phép tích hợp các cấu trúc tổng hợp với các chức năng sinh học tự nhiên," nhóm nghiên cứu cho biết trong một bài báo được đăng trên máy chủ preprint arXiv. "Nền tảng này có thể cho phép tái cấu trúc kiến trúc tế bào, nhúng các thành phần logic hoặc cơ khí vào trong tế bào và thiết kế các tế bào với những thuộc tính mới hoặc nâng cấp hoàn toàn."
Trong thử nghiệm này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một loại photoresist âm (một loại vật liệu thay đổi khi tiếp xúc với các bước sóng năng lượng nhất định), loại này sẽ trở nên không hòa tan khi gặp ánh sáng. Họ cũng đã tìm ra công thức tương thích sinh học tốt nhất có thể. Sau khi bơm một giọt photoresist vào tế bào, một đối tượng đã được in ra bằng một quy trình gọi là quang khắc hai photon, trong đó tia laser được nhắm vào một khu vực bên trong giọt để tạo ra một cấu trúc vi mô. Bất kỳ phần nào bị tác động bởi hai photon từ tia laser sẽ cứng lại, trong khi phần photoresist còn lại chưa bị laser sẽ hòa tan.
Ngoài chú voi siêu nhỏ dài khoảng 10 micromet, nhóm nghiên cứu còn in ra nhiều cấu trúc vi mô khác, như mã vạch và một hình cầu hoạt động như một laser vi mô. Những mã vạch này có thể cho phép các nhà khoa học theo dõi những gì đang diễn ra bên trong từng tế bào, mang lại cái nhìn sâu hơn về chức năng tế bào so với hiện tại. Hình cầu có thể được sản xuất với nhiều kích thước khác nhau và phát ra ánh sáng khác nhau, đánh dấu các tế bào với những chữ ký ánh sáng cụ thể.
Các tế bào sống sót tiếp tục hoạt động như chưa có gì xảy ra. Khi một số tế bào phân chia, cấu trúc vi mô bên trong được chuyển cho một trong những tế bào con. Tuy nhiên, khả năng sống sót vẫn là một vấn đề—ngay cả photoresist tương thích sinh học vẫn có tính độc hại nhất định, trong khi việc tiêm polymer lỏng có thể làm hỏng màng tế bào và đôi khi dẫn đến cái chết của tế bào. Mức độ tế bào sống sót phụ thuộc vào loại tế bào, và tổng cộng khoảng một nửa trong số các tế bào có cấu trúc vi mô được in bên trong đã sống sót qua thí nghiệm.
Tuy các cấu trúc in 3D rất chính xác, nhưng vẫn có một vấn đề với những cấu trúc vượt quá kích thước của giọt photoresist. Các nhà nghiên cứu nghĩ rằng một giải pháp cho vấn đề này có thể là sử dụng một loại photoresist dựa trên hydrogel tan trong nước, giúp nó lan tỏa trong tế bào và cung cấp thêm không gian. Nếu có thể in ở bất kỳ đâu bên trong tế bào, điều này sẽ cho phép tạo ra một ngăn cách cách ly một phần cụ thể của tế bào để quan sát.
"Có rất nhiều ứng dụng tiềm năng của các cấu trúc được in bên trong các tế bào, vượt ra ngoài những gì đã được chứng minh ở đây," nhóm nghiên cứu cho biết. "Cái thú vị đặc biệt là triển vọng in các cấu trúc chức năng, điều này sẽ thay đổi các thuộc tính của tế bào vượt xa những gì đã có đến nay."
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65380015/tiny-elephant-living-cell-3d-printing/
Mới đây, một nhóm nghiên cứu từ Viện J. Stefan, Đại học Ljubljana và CENN Nanocenter ở Slovenia đã phát hiện ra cách thức để thực hiện quá trình in 3D ngay bên trong tế bào. Họ đã thành công không chỉ in một chú voi nhỏ, mà còn nhiều cấu trúc không thể tưởng tượng khác bằng cách sử dụng một loại polymer lỏng và tia laser cực mạnh.
Điều đặc biệt là, mặc dù hầu hết những loại polymer này (được biết đến là photoresists) đều có tính độc hại, nhưng vẫn có các tế bào sống sót. Thậm chí, một số tế bào còn phân chia và mang theo những cấu trúc đã được nhúng vào bên trong.
"Việc in 3D bên trong tế bào mang đến một mức độ kiểm soát chưa từng có đối với nội bộ tế bào, cho phép tích hợp các cấu trúc tổng hợp với các chức năng sinh học tự nhiên," nhóm nghiên cứu cho biết trong một bài báo được đăng trên máy chủ preprint arXiv. "Nền tảng này có thể cho phép tái cấu trúc kiến trúc tế bào, nhúng các thành phần logic hoặc cơ khí vào trong tế bào và thiết kế các tế bào với những thuộc tính mới hoặc nâng cấp hoàn toàn."
Trong thử nghiệm này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một loại photoresist âm (một loại vật liệu thay đổi khi tiếp xúc với các bước sóng năng lượng nhất định), loại này sẽ trở nên không hòa tan khi gặp ánh sáng. Họ cũng đã tìm ra công thức tương thích sinh học tốt nhất có thể. Sau khi bơm một giọt photoresist vào tế bào, một đối tượng đã được in ra bằng một quy trình gọi là quang khắc hai photon, trong đó tia laser được nhắm vào một khu vực bên trong giọt để tạo ra một cấu trúc vi mô. Bất kỳ phần nào bị tác động bởi hai photon từ tia laser sẽ cứng lại, trong khi phần photoresist còn lại chưa bị laser sẽ hòa tan.
Ngoài chú voi siêu nhỏ dài khoảng 10 micromet, nhóm nghiên cứu còn in ra nhiều cấu trúc vi mô khác, như mã vạch và một hình cầu hoạt động như một laser vi mô. Những mã vạch này có thể cho phép các nhà khoa học theo dõi những gì đang diễn ra bên trong từng tế bào, mang lại cái nhìn sâu hơn về chức năng tế bào so với hiện tại. Hình cầu có thể được sản xuất với nhiều kích thước khác nhau và phát ra ánh sáng khác nhau, đánh dấu các tế bào với những chữ ký ánh sáng cụ thể.
Các tế bào sống sót tiếp tục hoạt động như chưa có gì xảy ra. Khi một số tế bào phân chia, cấu trúc vi mô bên trong được chuyển cho một trong những tế bào con. Tuy nhiên, khả năng sống sót vẫn là một vấn đề—ngay cả photoresist tương thích sinh học vẫn có tính độc hại nhất định, trong khi việc tiêm polymer lỏng có thể làm hỏng màng tế bào và đôi khi dẫn đến cái chết của tế bào. Mức độ tế bào sống sót phụ thuộc vào loại tế bào, và tổng cộng khoảng một nửa trong số các tế bào có cấu trúc vi mô được in bên trong đã sống sót qua thí nghiệm.
Tuy các cấu trúc in 3D rất chính xác, nhưng vẫn có một vấn đề với những cấu trúc vượt quá kích thước của giọt photoresist. Các nhà nghiên cứu nghĩ rằng một giải pháp cho vấn đề này có thể là sử dụng một loại photoresist dựa trên hydrogel tan trong nước, giúp nó lan tỏa trong tế bào và cung cấp thêm không gian. Nếu có thể in ở bất kỳ đâu bên trong tế bào, điều này sẽ cho phép tạo ra một ngăn cách cách ly một phần cụ thể của tế bào để quan sát.
"Có rất nhiều ứng dụng tiềm năng của các cấu trúc được in bên trong các tế bào, vượt ra ngoài những gì đã được chứng minh ở đây," nhóm nghiên cứu cho biết. "Cái thú vị đặc biệt là triển vọng in các cấu trúc chức năng, điều này sẽ thay đổi các thuộc tính của tế bào vượt xa những gì đã có đến nay."
Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/a65380015/tiny-elephant-living-cell-3d-printing/
