Célzottan nyomtatva

Sejtkapuk sorozat: szilíciumból készült sejtkapuk (balra). A sejtkapukban (jobbra): izolált sejtek (zöld) és elhaladó sejtek (kígyózó vonal). © Fraunhofer IMM

Sejtfogó fúvókával: A sejtfogó szerkezetét úgy tervezték, hogy elkülönítse az egyes sejteket a folyadék közeg többi részétől, így az készen áll a nyomtatásra. © Fraunhofer IMM / Sejtfogó fúvókával: A sejtfogó szerkezetének célja, hogy elkülönítse az egyedi sejtet a folyadék közeg többi részétől, így az készen áll a nyomtatásra. © Fraunhofer IMM

Ígéretes kilátások a személyre szabott orvoslás terén: A Fraunhofer Mikrotechnológiai és Mikrorendszerek Intézetének (IMM) szakemberei mikrofluidikai és egyedi sejtes technológiák szakértelmüket használva nyomtatnak szervstruktúrákat.

Az egyed sejtes technológiák kulcsszerepet játszanak a sejtek kutatásában és jellemzésében. Dr. Christian Freese, a fertőzés- és rákdiagnosztika csoportvezetője a Fraunhofer IMM-nél, valamint kollégái mikrofluidikát alkalmaznak az egyes sejtek célzott kiválasztására és vizsgálatára. Liquid Biopsy diagnosztikai platformjuk sikeresen detektálja és szűri a keringő tumorsejteket (CTCs) és más biomarkereket folyadékbiopsziákból, lehetővé téve akadálymentes, átfogó diagnózist. Ám a tudósoknak ez nem volt elég: Miért ne lehetne valamit építeni az egyedi sejtekből?

A Fraunhofer-IMM TrapJet elve

Céljuk, hogy fejlesztéseiket és módszereiket a sejtek nyomtatására alkalmazzák, ezért különleges mikrofluidikai struktúrákat hoztak létre az intézetük tisztatérjében szilíciumalapú lapokon, valódi sejtfogókat: A szakemberek humán sejteket vezetnek mikrofluidikai chipeken keresztül legkisebb csatornákba. A folyamat során a sejtek speciális struktúrákban kerülnek elfogásra. Ezek geometriai kialakítása biztosítja, hogy csak egyes sejtek kerüljenek be, míg mások a következő szabad sejtfogóig továbbhaladnak. Mivel egymás után sok fogó van ugyanabban a csatornában, a szakemberek pontosan és időben különböző helyeken tudnak sejtek kiválasztani – majd újra betölteni a sejtfogókat.

Ahogyan egy tintasugaras nyomtató esetében, egy fűtőhüvely adagolja a sejtet a fúvókából, és helyezi el egy apró cseppben. Különböző sejttípusok külön nyomtatófejeket kapnak, és saját mikrofluidikai csatornáikon keresztül párhuzamosan nyomtatódnak.

»Minden paramétert, amely egy sikeres biynyomtatáshoz szükséges, mikrofluidika fedez fel: azaz sejtek nyomtatása kérésre, steril környezetben és gyorsan. Ugyanakkor a folyamat magas túlélési arányt garantál a nyomtatott sejtek számára. Ide tartozik az is, hogy a jellemző biotintákat használjuk, amelyek a sejtből és egy, a sejttípustól függően specifikus folyadékból állnak, melyek szintén kezelhetők mikrofluidikában» – magyarázza Freese.

Sok meglévő eljárás csupán egy vékony biotintavonalat hoz létre, amelyben véletlenszerűen elosztott sejtek találhatók. A Fraunhofer szakemberek a legkisebb cseppeket nyomtatják, amelyek lényegesen kisebbek, mint maga a sejt. Ezáltal rendkívül magas felbontást érnek el: minden sejt pontosan elhelyezhető, és közvetlenül interakcióba léphet a szomszédos sejtekkel. Ezzel például szervekultúrák építését tervezi az ipar, amelyek gyógyszertesztekhez használhatók. A Fraunhofer szakemberek célja: szövetek nyomtatása bőrszövet-transzplantációkhoz vagy akár egész szervek számára.

Több mikrofluidika az orvoslásért

Az orvoslásban rejlő hatalmas potenciál kiaknázása érdekében a Fraunhofer IMM szakemberei jövőre elindítanak egy teljesítményközpontot az „Egyedi sejtes technológiák” (LZ-EZT) számára a Fraunhofer Gyártástechnológiai és Automatizálási Intézet (IPA) mannheimi részlegével együttműködve, ahol összegzik és továbbfejlesztik szakértelmüket.

A Medica 2024 kiállításon a szakértők bemutatták megoldásaikat a Fraunhofer közös standján. A személyre szabott sejtnyomtatás mellett a látogatók egy külön fejlesztett VR-játékban próbálhatták ki a ritka sejtek megjelölését és későbbi izolálását játékosan.