Протягом останніх 10-20 років татуювання стали надзвичайно популярними. Мотивів, якими керуються люди, що набивають на тілі візерунки та шрифти, не перелічити, і на загал вони ірраціональні. Утім, існують татуювання «за показаннями», тобто так звані медичні тату, котрі нещодавно пережили дивовижну еволюцію…
Як загартовувалося тату
Татуювання — мистецтво з тисячолітньою історією. Найбільш ранні зразки «розписів по тілу» вчені виявили під час вивчення єгипетських мумій: жінки прикрашали в такий спосіб своє тіло ще в 2000-х роках до н. е. Як потім з’ясувалося, в Єгипті татуювання виконувало не тільки естетичну функцію, а й містичну: вважалося, що певні візерунки полегшують біль під час пологів. Отже, тату вже в ті часи виконували роль певної «терапії», до якої вдавалися зокрема представники доколумбових культур Перу і Чилі, а також ескімоси.
Сам термін походить від полінезійського «tatatau» або «tattau» («вдаряти», «бити»): його «підслухали» в аборигенів Таїті члени британської експедиції Джеймса Кука в 1769 році. Незабаром місцевий метод маркування шкіри став модним серед європейських моряків. Потім його запозичили шахтарі та інші представники трудового класу.
У наш час це сакральне мистецтво потрапило під владу технологій. Але сьогодні мова йде вже не про примітивні мітки і навіть не про надписи-перестороги для медичної ідентифікації, наприклад, з групою крові та резус-фактором чи «набитим» переліком алергенів або вказівкою «Не реанімувати». Подібне «інертне» татуювання іноді використовують для координатної розмітки з метою контролю проведення променевої терапії. Сучасні тату стають дедалі активнішими і вже здатні, наприклад, транспортувати терапевтичні сполуки під час лікування шкірного лейшманіозу або здійснювати довгострокову медичну діагностику. Утім, не всі з них за своєю суттю є тату, тобто візерунком із чорнила. Наприклад, перспективна інновація, яку можна безпосередньо переносити на шкіру («ламінувати») водою, подібно до тимчасового тату, вироблена з графену. Такі графенові електронні «татуювання» придатні для вимірювання різних електрофізіологічних сигналів, включаючи температуру тіла та рівень гідратації шкіри, а також визначення електричної активності серця, м’язів і мозку. Подібно до існуючих у богемному світі тату-салонів неперманентних версій татуювань, науковці розробили своєрідну тимчасову наклейку-тату з надвисоким профілем безпеки. І дизайн її можна без перебільшень назвати геніальним.
Тимчасове рішення: тату-мікросхеми
3D-друк дедалі інтенсивніше досліджують в одній досить вузькій галузі — виготовлення чутливих матеріалів, так званих кастомізованих структур, які можна потім підлаштовувати під різноманітні потреби науковців і медиків. Звісно, якщо мова йде про друк, то потрібне чорнило, і на його роль випробовували різні субстанції, серед яких були гідрогелі, рідкокристалічні еластомери, полімери з формою пам’яті тощо.
Останніми роками вчені шукали інші, чутливіші матеріали, котрі можна було б використовувати як основу для фарб для 3D-друку: експериментально перевіряли чорнило, виготовлене з термореактивних полімерів, а також його фотосенсорний полімерний аналог. Згодом біоінженери слушно зауважили, що живі організми чутливіші, ніж будь-які синтетичні сполуки. І ось американські вчені запропонували новий клас гідрогелевих фарб із програмованими бактеріальними клітинами в ролі надчутливих компонентів, які здатні передавати й обробляти сигнали у визначений спосіб. Спеціалісти в галузі біологічної інженерії, електротехніки й інформатики з Масачусетського технологічного інституту (MIT) уже розробили та перевірили новий вид такого чорнила, виготовленого із включенням живих клітин, заздалегідь генетично перепрограмованих. Унікальна субстанція ефективно використовується у поєднанні з тривимірною технікою друку.
Стійка альтернатива
Учені з МІТ не першими звернули увагу на таку роль генно-інженерних клітин: їх колеги вже намагалися це зробити, використовуючи живі клітини ссавців, але зазнали невдачі — такі клітини, хоч і відповідали на різні хімічні подразники, проте гинули під час друку. Річ у тім, що клітини ссавців — це переважно кульки, покриті біліпідним шаром, тому вони надто слабкі й легко розриваються. Натомість бактеріальні клітини відомі міцністю своєї стінки, здатної витримувати екстремальні навантаження, тому вони виживають, проштовхнувшись через сопло принтера. Крім того, бактеріальні клітини, на відміну від клітин вищих тварин, сумісні майже з усіма гідрогелевими матеріалами, переважна більшість яких виготовляється із води та полімерів. Як приємний бонус, гідрогелі можуть забезпечити бактеріям відповідне водне середовище, котре підтримує їх у «бадьорому» стані.
З метою виявити тип гідрогелю, який найкраще зберігав би бактеріальні клітини, розробники провели скринінгові тести. Після довгого пошуку оптимальним матеріалом виявився гідрогель з гіалуроновою кислотою, котрий до того ж мав ідеальну для 3D-друку консистенцію: витікаючи через сопло, він зберігав форму, наче зубна паста, вичавлена із тубуса. Клітини генетично модифікували для флуорисценції у відповідь на різні стимули. Під час змішування у суспензію гідрогелю та деяких інших поживних речовин ці клітини можуть «йти до друку». Їх наносять на різноманітні основи прошарок за прошарком — до повноцінного утворення тривимірних інтерактивних структур чи пристроїв.
Ефектна реалізація
Команда розробників продемонструвала свою техніку, надрукувавши «живе тату» — тонкий прозорий пластир з візерунками живих бактеріальних клітин у формі дерева. Кожна його «гілка» вистелена клітинами, чутливими до різних хімічних/молекулярних сполук. Коли пластир приклеюють до шкіри, яка перед тим зазнала впливу подібних сполук, починають світитися відповідні ділянки «дерева».Дослідники з MIT стверджують, що їх технологію можна хоч зараз застосовувати для виготовлення «активних» матеріалів з подальшим нанесенням на різноманітні носії, наприклад, датчики чи інтерактивні дисплеї. На практиці такі матеріали можна використовувати з різними діагностичними цілями: для виявлення змін рН чи температури, ідентифікації екологічно небезпечних речовин тощо. Цікаво, що технологія не лише чутлива, а й специфічна: залежно від мікроорганізму та його модифікації, живе тату може світитися у відповідь на вплив певного хімікату.
Експерименти продемонстрували високу ефективність нової формули чорнил. В умовах in vivo інновація також успішно пройшла тест: дослідники нанесли декілька хімічних сполук на шкіру спини добровольця, після чого наклеїли на неї діагностичний пластир — усі бактерії адекватно зреагували на відповідні подразники.
Більше того, її автори розробили модель для прогнозу взаємодій між клітинами в межах заданої структури, що має друкуватися на 3D-принтері, та за різних умов.
Від татуювань до живих комп’ютерів
Учені з MIT також спроектували спеціальні лінії мікроорганізмів, аби вони… спілкувалися між собою. Наприклад, дослідники запрограмували деякі клітини так, щоб вони загоралися, тільки-но отримають певний сигнал від іншої клітини. Для перевірки цього типу зв’язку в моделі 3D-структури біоінженери надрукували тонкий аркуш із гідрогель-бактеріального волокна, що працював на «вхід», а потім накрили його подібним аркушем з функцією «виходу», тобто прийому сигналу.
Цей експеримент у майбутньому матиме практичне втілення — друк «живих комп’ютерів», тобто структур з кількома типами клітин, які взаємодіють одна з одною, передаючи сигнали туди й назад, наче транзистори на мікросхемі. Щодо більш реалістичних втілень технології «живих тату», то дослідники вже взялися за виготовлення індивідуальних датчиків у вигляді гнучких патчів і наклейок, які застосовуватимуться в медичній діагностиці для ідентифікації різних хімічних і молекулярних сполук. Також очікується, що ця технологія приживеться в галузі фармакології та медтехніки.
Підготувала Любомира ПРОТАСЮК, спеціально для «ВЗ»
