Forskare utnyttjar celler för att göra nya typer av material som kan växa, reparera sig själva och till och med reagera på sin miljö. Dessa solida "konstruerade levande material" är gjorda genom att bädda in celler i en livlös matris som har formats i en önskad form. Nu rapporterar forskare i ACS Central Science att de har 3D-printat ett biobläck som innehåller växtceller som sedan modifierades genetiskt och producerade programmerbart material. Tillämpningar kan en dag omfatta biotillverkning och hållbart byggande.
Nyligen har forskare utvecklat konstruerade levande material, främst beroende på bakterie- och svampceller som den levande komponenten. Men de unika egenskaperna hos växtceller har väckt entusiasm för deras användning i konstruerade växtlevande material (EPLM). De växtcellsbaserade materialen som har skapats hittills har dock haft ganska enkla strukturer och begränsad funktionalitet.
Ziyi Yu, Zhengao Di och kollegor ville ändra på det genom att göra intrikat formade EPLM:er som innehåller genetiskt modifierade växtceller med anpassningsbara beteenden och möjligheter.
Forskarna blandade tobaksväxtceller med gelatin- och hydrogelmikropartiklar som innehöll Agrobacterium tumefaciens, en bakterie som vanligtvis används för att överföra DNA-segment till växtgenom. Denna biobläckblandning 3D-printades sedan på en platt platta eller inuti en behållare fylld med en annan gel för att bilda former som galler, snöflingor, löv och spiraler.
Därefter härdades hydrogelen i de tryckta materialen med blått ljus, vilket härdade strukturerna. Under de efterföljande 48 timmarna överförde bakterierna i EPLM:erna DNA till de växande tobakscellerna.
Materialen tvättades sedan med antibiotika för att döda bakterierna. Under de följande veckorna, när växtcellerna växte och replikerades i EPLM, började de producera proteiner som dikterades av det överförda DNA:t.
I denna proof-of-concept-studie gjorde det överförda DNA:t det möjligt för tobaksväxtcellerna att producera grönt fluorescerande proteiner eller betalainer – röda eller gula växtpigment som värderas som naturliga färgämnen och kosttillskott.
Genom att trycka en bladformad EPLM med två olika biobläck – ett som skapade rött pigment längs venerna och det andra ett gult pigment i resten av bladet – visade forskarna att deras teknik kunde producera komplexa, rumsligt kontrollerade och multifunktionella strukturer.
Sådana EPLM:er, som kombinerar egenskaperna hos levande organismer med stabiliteten och hållbarheten hos icke-levande ämnen, skulle kunna användas som cellulära fabriker för att bryta ut växtmetaboliter eller farmaceutiska proteiner, eller till och med i hållbara konstruktionstillämpningar, enligt forskarna.
Mer information: Avancera utvecklade växtlivsmaterial genom tobak BY-2 celltillväxt och transfektion inom skräddarsydda granulära hydrogelställningar, ACS Central Science (2024). DOI:10.1021/acscentsci.4c00338 à pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscentsci.4c00338
Journalinformation: ACS Central Science
Tillhandahålls av American Chemical Society
