Canlı insan hücreleri son derece küçük ve yoğun yapılardan oluşuyor. Yaklaşık 20 mikrometre çapındaki bu hücrelerin içinde proteinler, organeller ve karmaşık biyolojik mekanizmalar sıkıca paketlenmiş durumda. Bu kadar dar bir alana işlevsel yapılar yerleştirebilmek, hücrelerin zaman içindeki davranışlarını izlemek açısından büyük önem taşıyor. Bilim insanları, bu sayede hücre içindeki kimyasal değişimleri ölçmeyi ve fiziksel kuvvetlere verilen tepkileri incelemeyi hedefliyor. Ancak şimdiye kadar bu fikir pratikte oldukça zor kabul ediliyordu. Çoğu hücre, bir mikrometreden büyük katı cisimleri içine alamıyor. Alabilen bağışıklık hücreleri ise bu cisimleri serbest bırakmak yerine zarla çevrili bölmelerde hapsediyor. Bu durum, hücre içi etkileşimlerin doğrudan incelenmesini sınırlıyordu.
Lazer tabanlı yöntemle hücre içinde üretim mümkün oldu
Slovenya’daki bir araştırma ekibi bu sınırı aşmayı başardı. Çalışma Advanced Materials dergisinde yayımlandı. Araştırmacılar iki fotonlu polimerizasyon adı verilen lazer tabanlı bir teknik kullandı. Bu yöntem, özel polimer yapıların yalnızca lazerin odaklandığı noktada sertleşmesini sağlıyor. Böylece hücreye zarar vermeden son derece hassas üretim yapılabiliyor. Sürecin ilk adımında, IP-S olarak bilinen ticari bir fotorezist malzeme, ultra ince cam iğnelerle canlı insan hücrelerinin içine enjekte edildi. Kullanılan hücreler biyomedikal araştırmalarda sıkça tercih edilen HeLa hücreleriydi. Malzeme, canlı hücrelerle uyumlu olması ve toksik etki oluşturmaması nedeniyle özellikle seçildi. Sertleşmeyen kısımlar ise zamanla hücre içinde çözünerek yok oldu.
Hücreler basılı yapılara uyum sağlayabiliyor
Enjeksiyonun ardından hücre içindeki 10 ila 15 mikrometre çapındaki malzeme damlacıkları ultra hızlı bir lazerle hedef alındı. Lazer yalnızca odak noktasında polimerizasyon başlattığı için çevredeki hücresel yapı zarar görmedi. Araştırma ekibi, lazer odağını yüksek hızla tarayarak hücre içinde üç boyutlu mikro yapılar oluşturdu. Deneylerde 10 mikrometrelik bir fil figürü, içi boş küreler, kafes yapılar ve laboratuvar logoları gibi farklı şekiller basıldı. Görüntüleme sonuçları, bu yapıların hücre zarının içinde serbest halde bulunduğunu doğruladı. Hücre çekirdeklerinin, bu yapılara yer açmak için şekil değiştirdiği net şekilde gözlemlendi. Buna rağmen birçok hücre normal davranışını sürdürdü. Hücreler bölünmeye devam etti ve basılı yapılar mitoz sırasında yeni hücrelere aktarıldı.
Araştırmacılar hücre sağkalım oranlarını da detaylı biçimde inceledi. 24 saat sonra, basılı yapı içeren hücrelerin yaklaşık yüzde 55’inin yaşamını yitirdiği görüldü. Bu oran, yalnızca hücre zarının delinmesiyle yapılan diğer invaziv yöntemlere oldukça yakın. Daha büyük yapılar ise hücre davranışını ölçülebilir şekilde etkiledi. Beş mikrometreden büyük yapılar, hücre bölünmesini en az bir saat geciktirdi. Bu durum, hücre içindeki yabancı cisimlerin biyolojik süreçleri ince biçimde değiştirebildiğini gösteriyor. Şu anda yöntem tek tek hücre enjeksiyonuna dayanıyor ve bu da ölçeklenebilirliği sınırlıyor. Ancak daha gelişmiş malzemeler ve otomasyon teknikleriyle bu engelin aşılabileceği düşünülüyor. Hücre içinde katı ve hassas yapılar basabilmek, gelecekte lokal sensörler, kontrollü ilaç salınımı ve mekanik etki çalışmaları için tamamen yeni bir alanın kapısını aralıyor.
