Блог компании ua-hosting.company. Для создания чего-либо нужны соответствующие материалы, обладающие необходимыми химическими и физическими свойствами. Если же есть необходимость наделить материал свойствами, которыми он не мог обладать в своем первичном виде, необходимо заставить его структуру меняться в ответ на определенные стимулы. В синтетической биологии ученые пытаются внедрять живые клетки в материалы, заставляющие их расти. В большинстве таких исследований применяются бактериальные или грибковые клетки.

Однако мало кто уделяет внимание клеткам растительного происхождения, ведь полученные с их помощью материалы обладают очень простой структурой и крайне ограниченным функционалом. Несмотря на эти недостатки, у растительных клеток есть большой потенциал. Ученые из Американского химического общества (Вашингтон, США) провели исследование, в ходе которого им удалось создать биочернило для 3D-принтера, в которое внедрены генетически модифицированные клетки растений, позволяющие программировать полученный материал.

Какие именно клетки использовали ученые, какими свойствами обладали полученные материалы, и где может быть применена данная технология? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Сконструированные живые материалы являются результатом совместной работы биологии и инженерии. Данная область науки нацелена на сопряжение живых клеток и неживых матриц для производства материалов с определенными функциями. В отличие от обычных материалов, искусственные живые материалы могут расти, самовосстанавливаться, адаптироваться к изменениям окружающей среды и реагировать на те или иные стимулы. Объединив черты живых организмов со стабильностью и долговечностью неживых веществ, сконструированные живые материалы становятся источником огромного потенциала для широкого спектра применений.

В биоинженерии с применением живых клеток, обычно используются бактерии или грибы, так как они обладают быстрым ростом и возможностью создания тонких биопленок. Если же в этот процесс добавить возможности современной 3D-печати, то потенциал таких технологий возрастает в разы.

Недавние достижения в области суспензионных культур растений вызвали энтузиазм по поводу их использования в создании искусственных живых материалов, учитывая их быстрый рост и потенциал для создания фабрик растительных клеток. Присущая им структурная жесткость, обусловленная богатыми целлюлозой клеточными стенками, в сочетании со способностью осуществлять фотосинтез создает основу для автономной и энергоэффективной системы.

Кроме того, уникальный вторичный метаболизм и способность подвергаться генетическим манипуляциям делают растения идеальной платформой для производства множества полезных вторичных метаболитов и фармацевтических белков. Эти преимущества в сочетании с их способностью реагировать на стимулы окружающей среды и биоразлагаемостью делают искусственный живой материал на основе растений привлекательным вариантом для расширения спектра биоинженерных материалов.

В рассматриваемом нами сегодня исследовании ученые создали новый класс инженерных живых растительных материалов (EPLM от engineered plant living material), которым можно придать необходимую геометрию и функциональность посредством роста и трансфекции* растительных клеток в индивидуальных гранулированных гидрогелевых каркасах.

Трансфекция* — процесс введения нуклеиновой кислоты в клетки эукариот невирусным методом.

Клеточная линия Nicotiana tabacum (табак обыкновенный) Bright Yellow-2 (BY-2) использовалась в качестве модельной системы в этом исследовании для демонстрации создания целлосодержащих гидрогелей в EPLM с использованием технологий 3D-биопечати. Для обеспечения жизнеспособности растительных клеток и биопринтинга ученые разработали и приготовили биосовместимые гранулированные гидрогелевые микрочастицы (HMP от hydrogel microparticle) с четко выраженными реологическими свойствами.

Результаты исследования

Первым этапом исследования стало производство гранулированных гидрогелевых каркасов для биопечати растительных живых материалов (PLM от plant living material).