Pesquisadores desenvolveram um método pioneiro que permite imprimir estruturas tridimensionais personalizadas diretamente no interior de células vivas, em escala micrométrica e com altíssima precisão. A técnica, descrita em artigo publicado nessa quarta-feira (14) na revista Advanced Materials, representa um avanço significativo para a impressão 3D aplicada à biologia celular.
Diferentemente das abordagens tradicionais, que dependem de mecanismos naturais de internalização celular, o novo método possibilita fabricar objetos diretamente no citosol, inclusive em células que não possuem capacidade fagocítica (ou seja, que não conseguem trazer partículas externas para o seu interior utilizando prolongamentos da sua membrana plasmática).
Nos experimentos, as células permaneceram viáveis após o procedimento, continuaram a se dividir e chegaram até a transmitir as estruturas impressas para suas células-filhas.
Como funciona a impressão 3D intracelular
A inovação combina microinjeção de um material biocompatível com uma técnica óptica de alta resolução conhecida como polimerização por dois fótons. Primeiro, os cientistas injetaram na célula um fotorresiste fotossensível. Em seguida, um laser de femtossegundo foi usado para polimerizar seletivamente esse material apenas no ponto focal do feixe, onde a intensidade luminosa era suficientemente alta.
Tal processo permitiu “esculpir” estruturas tridimensionais com resolução submicrométrica, chegando a detalhes da ordem de centenas de nanômetros. Com isso, os pesquisadores conseguiram imprimir uma variedade de microestruturas dentro de células vivas, incluindo padrões geométricos, códigos de barras tridimensionais, grades de difração óptica e até um pequeno elefante em miniatura.
Segundo os autores, trata-se da primeira demonstração documentada de impressão 3D de objetos sólidos autossustentáveis diretamente dentro de células vivas. Além do feito técnico, a pesquisa ainda abre novas possibilidades para o estudo fundamental da biologia celular.
O fotorresiste é injetado na célula e iluminado segundo um padrão definido para induzir a polimerização. Sem exposição à luz, a gota de fotorresiste tende a se dissolver quase completamente nas primeiras duas horas, restando apenas pequenos resíduos. Quando a gota é exposta ao laser cerca de 30 minutos após a injeção, ocorre a polimerização, interrompendo a dissolução. O processo permite a impressão de microestruturas tridimensionais (como a forma de um elefante) no interior da célula, confirmadas por imagens de campo claro e confocais — Foto: Maruša Mur et al.
Estruturas impressas no interior das células podem funcionar como sondas para medir propriedades mecânicas do citoplasma, sensores ópticos ou marcas de identificação que permitem rastrear células individuais ao longo do tempo. “Nosso método oferece uma nova ferramenta para manipular células vivas por dentro, possibilitando uma nova abordagem para o estudo de suas respostas mecânicas e biológicas”, afirma a coautora Maruša Mur, do Instituto Jožef Stefan, na Eslovênia, em comunicado.
A presença dessas microestruturas pode influenciar o comportamento celular, sugerindo a possibilidade de modificar propriedades biológicas de forma controlada. Isso abre caminho para investigar processos como divisão celular, mecanotransdução (processo pelo qual as células convertem estímulos mecânicos em uma resposta química) e diferenciação induzida por forças mecânicas, com um nível de controle até então inalcançável.
Aplicações e desafios futuros
Embora os resultados do projeto sejam promissores, os responsáveis ressaltam que a tecnologia ainda está em fase inicial. Estudos adicionais serão necessários para avaliar os efeitos de longo prazo das estruturas impressas sobre a fisiologia celular e para explorar a compatibilidade com diferentes tipos de células e materiais.
Ainda assim, as perspectivas são amplas. A própria pesquisa sugere que a impressão 3D intracelular pode viabilizar, no futuro, a fabricação de micromáquinas, sensores responsivos a estímulos como luz, pH ou temperatura, estruturas condutoras para novas abordagens de eletrofisiologia e sistemas de liberação controlada de fármacos diretamente dentro da célula.
Ao permitir integrar componentes sintéticos com funções biológicas nativas, a técnica oferece um grau de controle sem precedentes sobre o ambiente intracelular. Na prática, isso significa que a solução pode redefinir os limites da bioengenharia e da biologia sintética.
Fonte: GALILEU
