导读：在三维（3D）环境中捕捉细胞间信号是研究细胞功能的关键。目前培养方法的一个主要挑战是缺乏对多细胞三维环境的准确捕捉。
2022年10月，南极熊获悉，来自北卡罗来纳州立大学的研究者们，提出了一种利用 3D 打印机“生物打印”这些细胞来研究不同类型植物细胞之间细胞通讯的可重复方法。通过此方法人们能够了解植物细胞如何相互交流，以及与环境如何交流 ，并最终能够创造更适合作物的生长环境。他们的研究已经发表在《Science Advances》上，题目为《Establishing a reproducible approach to study cellular functions of plant cells with 3D bioprinting》（《可重复的研究方法：用3D生物打印技术研究植物细胞的细胞功能》）。
在这项研究中，研究人员建立了一个3D生物打印植物细胞的框架，以研究细胞活力、细胞分裂和细胞特性，为生物打印的拟南芥和大豆细胞建立了长期的细胞生存能力。为了分析生成的大型图像数据集，研究人员还开发了一个高通量的图像分析方式。结果表明生物打印细胞的细胞周期的时间与核心细胞周期基因和再生相关基因的诱导相吻合。最后，生物打印的拟南芥根部细胞表达内胚层标记的特性保持了较长的时间。研究人员指出，此处建立的框架为使用3D生物打印技术研究细胞重编程和细胞周期重新进入组织再生奠定了基础。
背景
三维生物打印能够产生专门设计的三维细胞构造，更好地模拟自然界的平面条件。三维生物打印可以通过应用一种或多种方式进行，以精确地在空间上沉积生物活性材料，称为生物墨水。为了实现细胞的空间沉积并同时提供结构支持，植物细胞可以被固定并在大量的水凝胶支架中进行生物打印。因此，三维生物打印提供了一个有利的和可控的系统来制造复杂的系统，以生理上准确的方式捕捉细胞的动态和相互作用，实现组织再生。例如，人类诱导多能干细胞已经被生物打印出来，以研究细胞命运、表型变化和组织再生。 植物本身就表现出极端的再生能力。例如，完全丧失的根部干细胞可以在数小时内被完全替换并发挥功能。单独分离的植物细胞的再生能力受细胞类型、组织类型、基因型和特定的三维微环境的影响很大。因此，为了设计和建造能够持续重现细胞反应的三维微环境，需要有基因型和细胞类型的特定设计。对于这样的设计，需要考虑机械性能、营养供应、可降解性和组织的模仿性。
实验及结论
通过三维生物打印技术，可以通过在一个明确的环境中沉积活的植物细胞来控制机械条件。此外，为了实现可重复的细胞反应，应考虑生物打印的指标，包括构造尺寸、细胞密度、挤出时的速度和压力以及喷嘴直径。研究人员使用拟南芥根部的原生质体，即没有细胞壁的植物细胞，以研究细胞活力、细胞分裂和细胞在可调整的微环境中的行为。原生质体可以表现出单个细胞行为。具体来说，研究人员将从两种不同组织类型中分离出来的拟南芥根部细胞进行了长达7天的生物打印。在这个时间范围内，结果表明，表达内胚层标记的分离细胞的百分比增加，表明分离细胞的身份在较长的时间内发生变化。 支持性的是，基因表达谱显示了干细胞系标志物和再生相关基因的诱导，表明生物打印细胞获得了类似干细胞的身份。最后，研究人员证明了3D生物打印技术在研究模型和作物物种的分离单细胞再生方面的适用性。
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