Kombinationen af ​​syntetisk biologi og 3D-print producerer programmerbare levende materialer

Forskere udnytter celler til at lave nye typer materialer, der kan vokse, reparere sig selv og endda reagere på deres miljø. Disse solide "konstruerede levende materialer" er lavet ved at indlejre celler i en livløs matrix, der er dannet i en ønsket form. Nu rapporterer forskere i ACS Central Science at de har 3D-printet et bioblæk indeholdende planteceller, som derefter blev genetisk modificeret, hvilket producerede programmerbare materialer. Applikationer kunne en dag omfatte biofremstilling og bæredygtigt byggeri.

For nylig har forskere udviklet konstruerede levende materialer, primært baseret på bakterie- og svampeceller som den levende komponent. Men de unikke egenskaber ved planteceller har vakt entusiasme for deres brug i konstruerede plantelevende materialer (EPLM'er). Imidlertid har de plantecellebaserede materialer, der er skabt til dato, haft ret enkle strukturer og begrænset funktionalitet.

Ziyi Yu, Zhengao Di og kolleger ønskede at ændre det ved at lave indviklet formede EPLM'er indeholdende gensplejsede planteceller med tilpasselig adfærd og egenskaber.

Forskerne blandede tobaksplanteceller med gelatine- og hydrogelmikropartikler, der indeholdt Agrobacterium tumefaciens, en bakterie, der almindeligvis bruges til at overføre DNA-segmenter til plantegenomer. Denne bioblækblanding blev derefter 3D-printet på en flad plade eller inde i en beholder fyldt med en anden gel for at danne former som gitre, snefnug, blade og spiraler.

Derefter blev hydrogelen i de trykte materialer hærdet med blåt lys, hvilket hærdede strukturerne. I løbet af de efterfølgende 48 timer overførte bakterierne i EPLM'erne DNA til de voksende tobaksceller.

Materialerne blev derefter vasket med antibiotika for at dræbe bakterierne. I de følgende uger, da plantecellerne voksede og replikerede i EPLM'erne, begyndte de at producere proteiner dikteret af det overførte DNA.

I denne proof-of-concept undersøgelse gjorde det overførte DNA det muligt for tobaksplantecellerne at producere grønne fluorescerende proteiner eller betalainer - røde eller gule plantepigmenter, der værdsættes som naturlige farvestoffer og kosttilskud.

Ved at udskrive en bladformet EPLM med to forskellige bioblæk – det ene der skabte rødt pigment langs årerne og det andet et gult pigment i resten af ​​bladet – viste forskerne, at deres teknik kunne producere komplekse, rumligt kontrollerede og multifunktionelle strukturer.

Sådanne EPLM'er, som kombinerer egenskaberne ved levende organismer med stabiliteten og holdbarheden af ​​ikke-levende stoffer, kunne ifølge forskerne finde anvendelse som cellulære fabrikker til at udskille plantemetabolitter eller farmaceutiske proteiner eller endda i bæredygtige konstruktionsapplikationer.

Flere oplysninger: Fremme af konstruerede plantelevende materialer gennem tobak BY-2 cellevækst og transfektion i skræddersyede granulære hydrogelstilladser, ACS Central Science (2024). DOI:10.1021/acscentsci.4c00338 à pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscentsci.4c00338

Journaloplysninger: ACS Central Science

Leveret af American Chemical Society