Wetenschappers benutten cellen om nieuwe soorten materialen te maken die kunnen groeien, zichzelf kunnen repareren en zelfs kunnen reageren op hun omgeving. Deze solide ‘ontworpen levende materialen’ worden gemaakt door cellen in te bedden in een levenloze matrix die in de gewenste vorm is gevormd. Nu rapporteren onderzoekers in ACS Central Science dat ze een bio-inkt met plantencellen in 3D hebben geprint die vervolgens genetisch is gemodificeerd, waardoor programmeerbare materialen zijn geproduceerd. Toepassingen zouden ooit bioproductie en duurzame constructie kunnen omvatten.

Onlangs hebben onderzoekers gemanipuleerde levende materialen ontwikkeld, waarbij ze voornamelijk vertrouwen op bacteriële en schimmelcellen als levende component. Maar de unieke eigenschappen van plantencellen hebben enthousiasme gewekt voor het gebruik ervan in engineered plant living materials (EPLM’s). De op plantencellen gebaseerde materialen die tot nu toe zijn gemaakt, hadden echter vrij eenvoudige structuren en een beperkte functionaliteit.

Ziyi Yu, Zhengao Di en collega's wilden daar verandering in brengen door ingewikkeld gevormde EPLM's te maken die genetisch gemanipuleerde plantencellen bevatten met aanpasbaar gedrag en mogelijkheden.

De onderzoekers mengden cellen van tabaksplanten met gelatine en hydrogelmicrodeeltjes die Agrobacterium tumefaciens bevatten, een bacterie die gewoonlijk wordt gebruikt om DNA-segmenten over te brengen naar plantengenomen. Dit bio-inktmengsel werd vervolgens 3D-geprint op een vlakke plaat of in een container gevuld met een andere gel om vormen te vormen zoals rasters, sneeuwvlokken, bladeren en spiralen.

Vervolgens werd de hydrogel in de gedrukte materialen uitgehard met blauw licht, waardoor de structuren hard werden. Gedurende de daaropvolgende 48 uur brachten de bacteriën in de EPLM's DNA over naar de groeiende tabakscellen.

De materialen werden vervolgens gewassen met antibiotica om de bacteriën te doden. In de daaropvolgende weken, toen de plantencellen groeiden en zich vermenigvuldigden in de EPLM's, begonnen ze eiwitten te produceren die werden gedicteerd door het overgedragen DNA.

In deze proof-of-concept-studie stelde het overgedragen DNA de cellen van de tabaksplant in staat groen fluorescerende eiwitten of betalains te produceren:rode of gele plantpigmenten die worden gewaardeerd als natuurlijke kleurstoffen en voedingssupplementen.

Door een bladvormige EPLM te printen met twee verschillende bio-inkten – één die rood pigment langs de nerven creëerde en de andere een geel pigment in de rest van het blad – lieten de onderzoekers zien dat hun techniek complexe, ruimtelijk gecontroleerde en multifunctionele structuren kon produceren.

Dergelijke EPLM's, die de eigenschappen van levende organismen combineren met de stabiliteit en duurzaamheid van niet-levende stoffen, zouden volgens de onderzoekers gebruikt kunnen worden als cellulaire fabrieken om plantaardige metabolieten of farmaceutische eiwitten te produceren, of zelfs in duurzame bouwtoepassingen. P>

Meer informatie: Het bevorderen van technische, levende plantenmaterialen door middel van tabak BY-2-celgroei en -transfectie binnen op maat gemaakte granulaire hydrogel-scaffolds, ACS Central Science (2024). DOI:10.1021/acscentsci.4c00338 en pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscentsci.4c00338

Journaalinformatie: ACS Centrale Wetenschap

Aangeboden door American Chemical Society