Tisknuto cíleně

Mřížka buněčných pastí: buněčné pasti vyrobené ze silikonu (vlevo). V pravé části: izolované buňky v buněčných pastích (zelená) a buňka proplouvající kolem nich (hadí linie). © Fraunhofer IMM / Obr. 2 Mřížka buněčných pastí: buněčné pasti vyrobené ze silikonu (vlevo). Vpravo: buňky izolované v buněčných pastích (zelená) a buňka proplouvající kolem nich (hadí linie). © Fraunhofer IMM

Buňková pasti s tryskou: Struktura buňkové pasti je navržena tak, aby izolovala jednotlivou buňku od zbytku buněk v tekutinovém prostředí, takže je připravena k tisku. © Fraunhofer IMM / Cell trap with nozzle: The structure of the cell trap is designed to isolate the individual cell from the rest of the cells in the fluid medium, so it is ready to be printed. © Fraunhofer IMM

Perspektivy slibné pro personalizovanou medicínu: odborníci z Fraunhoferova ústavu pro mikrotechnologii a mikrosystémy IMM využívají své know-how v mikrofluidice a technologiích jednotlivých buněk k tisku organových struktur.

Technologie jednotlivých buněk hrají klíčovou roli při výzkumu a charakterizaci buněk. Dr. Christian Freese, vedoucí skupiny pro infekční a rakovinovou diagnostiku na Fraunhofer IMM, a jeho kolegové využívají mikrofluidiku k cílenému odstraňování a zkoumání jednotlivých buněk. Ve své platformě pro diagnostiku tekutých biopsií úspěšně detekují a dispensují cirkulující nádorové buňky (CTCs) a další biomarkery z tekutých biopsií pro bezbariérovou, komplexní diagnostiku. Ale vědci to považovali za málo: proč s jednotlivými buňkami něco nepostavit?

Princip Fraunhofer-IMM TrapJet

S cílem využít své vývoje a metody pro tisk buněk realizovali v čistém prostoru svého ústavu speciální mikrofluidické struktury na křemíkových waferech, skutečné buněčné pasti: odborníci zavádějí lidské buňky na mikrofluidických čipech do nejmenších kanálků. V proudu jsou buňky zde zachycovány ve speciálních strukturách. Jejich specifická geometrie zajišťuje, že jsou zachyceny pouze jednotlivé buňky, zatímco ostatní pokračují do další volné buněčné pasti. Protože v jednom kanálu je za sebou několik pasti, mohou odborníci cíleně a současně na různých místech vypouštět buňky – a pasti následně znovu obsazovat.

Jako u inkoustové tiskárny, kde ohřívací bublina dispensuje buňku z trysky a ukládá ji do malého kapku. Různé typy buněk dostávají oddělené tiskové hlavy a jsou – v průběhu tisku v samostatných mikrofluidických kanálech – tisknuty paralelně.

„Všechny parametry, které jsou nutné pro úspěšný biotisk, pokrýváme mikrofluidikou: tiskneme buňky na požádání, sterilně a rychle. Současně proces zajišťuje vysokou míru životaschopnosti tiskaných buněk. To zahrnuje i použití charakteristických biotint, které se skládají z buňky a kapaliny specifické pro daný typ buňky, jež jsou také v mikrofluidice snadno manipulovatelné,“ vysvětluje Freese.

Mnoho stávajících metod vytváří pouze tenkou linii biotint, ve které jsou náhodně rozptýlené buňky. Odborníci z Fraunhoferu tisknou nejmenší kapky, jen nepatrně větší než samotná buňka. Tím dosahují zvlášť vysokého rozlišení: každá buňka je přesně umístěna a může přímo komunikovat se svými sousedními buňkami. Tímto způsobem mají například vznikat orgánové kultury, na nichž by mohla průmyslová odvětví provádět testy léků. Cílem expertů z Fraunhoferu je: tisknout tkáně pro transplantace kůže nebo celé orgány.

Více mikrofluidiky pro medicínu

Aby bylo možné co nejlépe využít obrovský potenciál pro medicínu, začínají odborníci z Fraunhofer IMM v příštím roce s kolegy z oddělení „Klinické zdravotnické technologie“ Fraunhoferova ústavu pro výrobu technologií a automatizaci IPA v Mannheimu vytvářet výkonné centrum pro technologie jednotlivých buněk („LZ-EZT“), ve kterém budou sdílet a dále rozvíjet své kompetence.

Na veletrhu Medica 2024 představili odborníci svá řešení na společném stánku Fraunhofer. Kromě tisku jednotlivých buněk si návštěvníci mohli v speciálně vyvinuté VR hře hravou formou vyzkoušet označování vzácných buněk a jejich následní izolaci.