研究人员揭示利用植物细胞进行生物3D打印的突破性方法

南极熊导读：目前在从植物细胞开发活体材料方面，主要受到植物细胞结构相对简单的限制。这种简单性可能会限制所制造的材料的功能和复杂性，因此需要更多的研究来克服这一限制，以开发出更具功能性和多样性的活体材料。

△研究人员开发了一种含有植物细胞和细菌的生物墨水

2024年5月28日，南极熊获悉，一组研究人员在美国化学学会发表了一篇论文，揭示了一种新的生物3D打印方法，即使用含有转基因植物细胞的墨水来生产活体材料。

△该研究介绍了一种工程植物活体材料 (EPLM) 领域的创新方法，利用合成生物学和工程学之间的复杂相互作用。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）

工程植物活体材料的研发技术背景

3D打印已被证明是一种多功能技术，其应用范围从制造业到医学等各个领域。它能够定制产品，并利用各种材料创建复杂、独特的结构，因此已成为许多领域不可或缺的工具。世界各地的研究人员利用这些优势开发出了生物打印等创新方法，这些方法正在改变各自的领域。

在科学家Ziyi Yu和Zhengao Di的带领下，该团队开发了工程植物活体材料，其中包含具有可定制行为和功能的改良植物细胞。这一进步是通过3D打印技术的推动实现的

具体来说，这种墨水由烟草植物细胞、明胶和水凝胶微粒组成，其中含有农杆菌，一种能促进将DNA片段转移到植物基因组的细菌。这种生物墨水被用来3D打印各种形状，如网格、雪花、叶子和螺旋形，以供分析。

△植物活体材料生物3D打印示意图

打印工作是通过采用挤压技术的三轴生物3D打印机完成的，然后用蓝光固化这些形状，以加强其结构。48小时后，工程活体材料中的细菌将DNA转移到了生长中的烟草细胞中。例如，在打印出叶片形状的产品后，经过24小时，可以看到改良后的植物细胞产生的颜色。研究人员还观察到，植物细胞在几周内继续在活体材料中生长和复制，并根据转移的DNA的指示产生蛋白质。

△BY-2生物墨水的打印特性和随后的细胞生长表征

从可持续建筑到先进的生物制造

这项研究证实了这一理论：转移的DNA使烟草植物细胞能够产生绿色荧光蛋白和植物色素，这些物质可作为天然染料和膳食补充剂。通过3D打印这种工程化活体材料，研究人员展示了他们的技术创造复杂结构、控制打印件的测量和生长以及管理其功能的能力。

该团队表示，将生物体的特性与非生物物质（水凝胶）的稳定性和耐久性结合在一起，揭示了制造药物蛋白质和将这种工程活体材料应用于可持续建筑的巨大潜力。

这种结合了生物学和工程学技术的新方法推动了材料科学的发展。研究人员在结论中指出：“通过利用烟草BY-2细胞与生物相容性HMPs的结合，这项研究展示了生物3D打印技术在创建生物相容性、结构多样性和功能动态EPLM方面的巨大潜力。这些进展标志着在开发自我维持、反应灵敏、可定制的活体材料方面迈出了重要一步，其应用范围广泛，从可持续建筑到先进的生物制造，为未来的技术和环境解决方案开辟了新的可能性。”