Un team di ricercatori sloveni ha raggiunto un traguardo straordinario nella bioingegneria: per la prima volta è stato possibile creare strutture solide tridimensionali direttamente all’interno di cellule umane vive, aprendo la strada a nuove applicazioni nel monitoraggio cellulare, nella somministrazione mirata di farmaci e nello studio delle risposte cellulari a stimoli fisici.
La sfida di costruire dentro le cellule
Le cellule umane sono incredibilmente piccole: circa 20 micrometri di diametro, cioè un quinto del diametro di un capello umano. All’interno contengono una fitta rete di proteine, organelli e macchinari molecolari. Inserire strutture solide in questo spazio ristretto è sempre stato estremamente difficile.
La maggior parte delle cellule non può assorbire oggetti solidi più grandi di un micrometro. Le cellule immunitarie, ad esempio, possono inglobare materiale estraneo, ma lo intrappolano in compartimenti membranosi, impedendogli di interagire liberamente con il citoplasma. Tecniche come la microiniezione o l’apertura temporanea della membrana funzionano per molecole liquide o sospensioni, ma non erano mai state impiegate per costruire microstrutture solide autonome dentro la cellula.
Il team sloveno ha superato questi limiti sfruttando la polimerizzazione a due fotoni, un metodo laser ultra-preciso che consente di modellare materiali all’interno di uno spazio minuscolo senza danneggiare l’ambiente cellulare circostante.
La stampa 3D laser all’interno del citoplasma
Come riporta Nanowerk, il processo parte con l’iniezione di minuscole gocce di un materiale fotoresistente chiamato IP-S all’interno di cellule HeLa, una linea cellulare umana molto studiata. Il materiale è stato scelto per essere compatibile con la vita cellulare, non tossico una volta solidificato e dissolvibile se non completamente polimerizzato. Successivamente, un laser ultrarapido viene focalizzato sul materiale: la polimerizzazione avviene solo nel punto colpito dal fascio, permettendo di costruire oggetti tridimensionali strato dopo strato senza compromettere la struttura interna della cellula. Tra le forme realizzate dagli scienziati ci sono un elefantino di 10 micrometri, loghi di laboratorio, sfere cave e strutture reticolari, tutte posizionate all’interno della membrana cellulare.
Dai risultati dei testi, è emerso che i nuclei delle cellule si sono adattati, deformandosi leggermente per ospitare le microstrutture. Però, dopo 24 ore, circa il 55% delle cellule con microstrutture interne non era più vitale, una percentuale simile a quella osservata quando la membrana viene perforata senza stampa. Le cellule che sono sopravvissute hanno continuato a crescere e dividersi normalmente. Le immagini time-lapse hanno mostrato le microstrutture trasmesse alle cellule figlie durante la mitosi, dimostrando che gli oggetti possono coesistere con la funzione cellulare.
Nonostante attualmente la tecnica richieda l’iniezione cellula per cellula, limitandone l’uso su larga scala, i ricercatori evidenziano potenzialità enormi per applicazioni future, come il rilascio localizzato di farmaci, la misurazione precisa di forze meccaniche o il monitoraggio chimico interno.
