利用合成生物学和3D打印制作可编程生命材料

南极熊导读：新研究利用3D打印和转基因植物细胞来制造复杂的自我修复材料，未来有可能彻底改变生物制造和建筑技术。

△研究人员成功地使用含有转基因植物细胞的生物墨水进行3D打印，生产出可编程的生物材料。该研究已发表在ACS Central Science期刊上，题目为“通过烟草BY-2细胞在定制颗粒水凝胶支架中的生长和转染，推进工程植物活体材料的发展”（传送门）

2024年5月2日，南极熊获悉，研究人员利用3D打印技术和转基因植物细胞研发了一种新型生物材料，这种材料具有自我修复功能，能够对环境做出反应，将可能彻底改变生物制造和建筑领域的发展。

△PLM 3D生物打印示意图

探索材料工程中的植物细胞

最近，研究人员一直在开发工程活体材料，主要依靠细菌和真菌细胞作为活体成分。然而，植物细胞的独特功能激起了人们将其用于工程植物活体材料（EPLMs）的热情。

以往，科学家们创建的基于植物细胞的材料结构相当简单，功能有限。因此，研究人员希望改变这种状况，他们制作了形状复杂的EPLM，其中含有可定制行为和功能的基因工程植物细胞。

△在第一天（左）和第14天（右）之间，水凝胶中3D打印的植物细胞生长并开始茂盛成黄色簇

创新的3D打印技术

研究人员将烟草植物细胞与含有农杆菌的明胶和水凝胶微粒混合，农杆菌是一种常用于将DNA片段转入植物基因组的细菌。

然后将这种生物墨水混合物在平板上或装有另一种凝胶的容器内进行3D打印，形成网格、雪花、叶子和螺旋等形状。接着，用蓝光固化打印材料中的水凝胶，使结构硬化。在随后的48小时内，EPLMs中的细菌将DNA转移到生长中的烟草细胞上。

然后用抗生素清洗材料，杀死细菌。在接下来的几周里，随着植物细胞在EPLMs中生长和复制，它们开始根据转移的DNA生成蛋白质。

△由两种不同的生物墨水制成的多功能EPLM的构建。24天后，植物细胞用两种不同的生物墨水打印在这种叶形工程活材料上产生的颜色清晰可见

概念验证和未来应用

在这项概念验证研究中，通过转移的DNA，烟草植物细胞能够产生绿色荧光蛋白或贝特类色素，即红色或黄色的植物色素，可作为天然着色剂和膳食补充剂。通过使用两种不同的生物墨水打印叶形EPLM（一种墨水沿叶脉产生红色色素，另一种墨水在叶片的其他部分产生黄色色素），研究人员表明，他们的技术可以产生复杂的、空间可控的多功能结构。

这种EPLM结合了生物体的特征和非生物物质的稳定性和耐久性，可以用作细胞工厂，生产植物代谢物或药物蛋白质，甚至用于可持续建筑应用。