Точные места для «стыковки» клеток

Чашка Петри — классическое лабораторное устройство, но она не является идеальной средой для многих типов клеток. Исследования теряют валидность, так как поведение клеток на плоской пластиковой поверхности отличается от поведения, например, в разветвлённой лёгочной ткани. Исследователи из Технологического института Карлсруэ представили метод, позволяющий сделать трёхмерные структуры привлекательными или отталкивающими для определённых типов клеток.

«Теперь мы можем быстро и точно спроектировать идеальную чашку Петри для отдельных клеток», — объясняет Барнер-Коволлик. Команда химиков и биологов под руководством Барнера-Коволлика и Мартина Бастмайера в KIT разработала новый метод фотомодификации поверхности. Он позволяет точно модифицировать трёхмерные микроструктуры. «Индивидуальное структурирование точек адгезии для клеток позволяет изучать поведение отдельных клеток в среде, близкой к реальной», — говорит Бастмайер.

Чашка Петри напоминает миниатюрную верёвочную полосу препятствий. Её максимальный размер — одна пятидесятая миллиметра. Изолированные клетки можно «подвешивать» между перекладинами и наблюдать без мешающих воздействий. С помощью соответствующего покрытия перекладин и стоек клетки удерживаются в нужном месте и, при необходимости, стимулируются к росту. «Таким образом мы можем изучать движение и силу отдельных клеток», — отмечает Бастмайер.

Для создания и покрытия чашки Петри с нанометровым разрешением исследователи клеток и химики-полимерщики используют метод прямой лазерной литографии. Изначально этот метод был разработан командой Мартина Вегенера из KIT для использования в нанооптике. Трёхмерный каркас формируется в точках пересечения двух лазерных лучей в фоторезисте. В этих точках резист затвердевает. Для покрытия каркаса команда Барнера-Коволлика и Мартина Бастмайера использует различные биоактивные молекулы и фотоактивную группу. Связывание активируется только в точках, освещённых лазерным лучом. Там биоактивные молекулы химически связываются с поверхностью. Физико-химические свойства и параметры, такие как гибкость или трёхмерное расположение точек «стыковки» клеток, можно регулировать с высоким локальным разрешением с помощью этих современных фотомодификационных методов.

Целый набор методов фотомодификации поверхности представлен в шести публикациях в последних выпусках журналов Angewandte Chemie, Chemical Science и Advanced Materials. Используя этот набор методов, можно эффективно и с локальным контролем создавать химические связи без необходимости в катализаторах или повышенных температурах. В зависимости от применения можно максимизировать эффективность связывания, ускорить фотореакцию, напрямую связывать немодифицированные биомаркеры, сократить объём химического синтеза или создавать области, где адгезия клеток невозможна.