تا چند وقت پیش ساختن سازه‌های مینیاتوری تو دل یه سلول زنده فقط تو کتابای علمی‌تخیلی پیدا می‌شد. اما حالا محقق‌های مؤسسه فناوری و مهندسی زیستی اتریش (Institute of Science and Technology Austria - ISTA) با همکاری دانشگاه بازل (University of Basel) موفق شدن با استفاده از تکنیکی به اسم two-photon polymerization (TPP) برای اولین بار ساختار سه‌بعدی دقیقی رو مستقیماً داخل یه سلول زنده چاپ کنن, بدون اینکه اون سلول بمیره یا آسیب جدی ببینه!
چاپ سه‌بعدی تو این سال‌ها مسیرهای زیادی رو باز کرده، از رباتیک نرم و نانو اپتیک گرفته تا مهندسی بافت. ولی اینکه این فناوری برسه به مقیاس درون‌سلولی و بشه تو دل سیتوپلاسم یه سلول زنده سازه ساخت، یه تحول جدیه که درهای جدیدی رو به زیست‌مهندسی باز می‌کنه.
تو روش TPP، یه رزین حساس به نور با استفاده از لیزر فمتوثانیه‌ای (ultrashort pulse laser) فعال می‌شه. اما تفاوت این روش با بقیه اینه که فقط تو نقطه‌ای که شدت نور خیلی بالاست (نقطه کانونی لیزر)، پلیمریزاسیون اتفاق می‌افته. همین باعث می‌شه ساختارهایی با وضوح فوق‌العاده بالاتا حدود 100 نانومتر ساخته بشن.
تکنولوژی TPP قبلا هم کاربرد داشته، ولی نه در حد چاپ مستقیم داخل سلول زنده. بیشتر برای چاپ داربست‌هایی استفاده می‌شد که سلول‌ها روش رشد کنن. حتی نمونه‌هایی بود که جوهر هیدروژلی به بدن موش یا جنین مگس تزریق شده بود، اما چاپ مستقیم داخل سیتوپلاسم یه سلول زنده؟ تا امروز سابقه نداشته.
روش‌های معمول برای وارد کردن چیزها به سلول مثل فاگوسیتوز همیشه جواب نمی‌دن، چون همه‌ی سلول‌ها توانایی بلعیدن مواد رو ندارن و در نهایت چیزی که وارد می‌شه می‌ره توی «فاگوزوم»، نه سیتوپلاسم. ولی حالا با این تکنیک جدید، می‌تونیم بدون نیاز به بلعیدن، یه چیز سفارشی‌شده رو مستقیماً توی مایع درون سلول بسازیم.
برای این کار، محقق‌ها یه قطره کوچک از فوتورزیست IP-S رو به سلول HeLa تزریق کردن. بعد با یه سیستم چاپ TPP و لیزر مادون‌قرمز (780 نانومتر)، سازه موردنظرشون رو لایه‌لایه توی همون قطره ساختن. قسمت‌هایی از فوتورزیست که چاپ نشده بودن، خودشون بعداً تو محیط سلولی حل شدن، بدون نیاز به هیچ ماده‌ی اضافی.
بررسی‌ها نشون دادن که خیلی از سلول‌ها بعد از چاپ زنده موندن و حتی تقسیم هم شدن. یعنی ساختار چاپ‌شده با سلول حرکت کرد و به یکی از سلول‌های دختر منتقل شد. این یعنی سلول حتی خودش رو با ساختار جدید تطبیق داده!
با این حال، نباید نادیده گرفت که بخشی از سلول‌ها هم زنده نموندن. بررسی‌ها نشون می‌دن که خود عمل نفوذ فیزیکی به غشاء سلول با میکروپیپت عامل اصلی مرگ بوده. یعنی نه مواد شیمیایی و نه چاپ، به تنهایی قاتل نبودن. حتی وقتی فقط یه چیز بی‌خطر مثل روغن سیلیکون تزریق شده بود، نتیجه مشابه بود.
یه نکته‌ی مهم دیگه: کیفیت ساختارهای چاپ‌شده. از اونجایی که ضریب شکست سیتوپلاسم با رزین فرق داره، ممکنه نور لیزر دچار اعوجاج بشه. ولی شبیه‌سازی‌ها و آزمایش‌ها نشون دادن که این اعوجاج خیلی کمه و در عمل ساختارها با وضوح بالا ساخته شدن. مثلاً ساختارهایی با دیواره‌های 260 نانومتری و فاصله‌های 800 نانومتری دقیقاً همون چیزی بودن که طراحی شده بود.
حالا برسیم به بخش جذاب‌تر: چه کارایی می‌شه با این تکنیک کرد؟
خیلی چیزا! مثلاً می‌شه سلول‌ها رو به‌صورت منحصر‌به‌فرد بارکدگذاری کرد. یا حتی شبکه‌هایی ساخت که با تابش لیزر از بیرون، بشه اطلاعات داخل سلول رو خوند. ساخت ریزلیزرهای درون‌سلولی، ساختارهایی که فشار مکانیکی وارد کنن به بخش‌هایی از سلول، یا حتی محفظه‌هایی که یه قسمت خاص از سلول رو ایزوله کنن برای تحقیق دقیق‌تر.
یه کاربرد خیلی هیجان‌انگیز دیگه، چاپ ساختارهایی حاوی دارو در جای مشخصی از سلوله. یعنی بجای اینکه یه دارو رو به کل بدن برسونی، می‌تونی دقیقاً همون‌جا که لازمه، در دل سلول، اون ماده رو قرار بدی و به‌مرور آزادش کنی.
در نهایت، این کار فعلاً در حد اثبات مفهومه. هنوز باید بهینه‌سازی بشه, هم توی انتخاب فوتورزیست‌های زیست‌سازگارتر، هم در روش تزریق و کنترل شرایط محیطی. ولی حتی همین نقطه‌ی شروع هم نشون می‌ده که آینده‌ی نزدیک ممکنه پر از سلول‌هایی باشه که از درون با دقت مهندسی شدن, نه فقط برای درمان بیماری، بلکه برای فهم بهتر خودِ زندگی.

اصل این مقاله رو میتونید از لینک زیر بخونید.
https://arxiv.org/pdf/2506.13232