מחקר חדש משתמש בהדפסת תלת מימד ובתאי צמחים מהונדסים גנטית כדי ליצור חומרים מורכבים המתקנים את עצמם שיכולים לחולל מהפכה בייצור ובבנייה ביולוגית.
מדענים רותמים תאים כדי ליצור סוגים חדשים של חומרים שיכולים לגדול, לתקן את עצמם ואפילו להגיב לסביבתם. "חומרי חיים מהונדסים" המוצקים הללו מיוצרים על ידי הטבעת תאים במטריקס דומם שנוצר בצורה רצויה.
כעת, חוקרים מדווחים היום (1 במאי) ב ACS Central Science שהם הדפיסו תלת-ממד ביו-דיו המכיל תאים צמחיים שעברו שינוי גנטי, ויצרו חומרים ניתנים לתכנות. יישומים יכולים יום אחד לכלול ייצור ביולוגי ובנייה בת קיימא.
חקר תאי צמחים בהנדסת חומרים
לאחרונה, חוקרים פיתחו חומרים חיים מהונדסים, כשהם מסתמכים בעיקר על תאי חיידקים ופטריות כמרכיב החי. עם זאת, התכונות הייחודיות של תאי צמחים עוררו התלהבות מהשימוש בהם בחומרי חיים מהונדסים של צמחים (EPLMs).
בעבר, לחומרים מבוססי תאי צמחים שנוצרו על ידי מדענים היו מבנים פשוטים למדי ופונקציונליות מוגבלת. Ziyi Yu, Zhengao Di ועמיתיו רצו לשנות זאת על ידי יצירת EPLMs בצורת מורכבות המכילים תאי צמחים מהונדסים גנטית עם התנהגויות ויכולות הניתנות להתאמה אישית.
טכניקות הדפסה תלת מימדיות חדשניות
החוקרים ערבבו תאי צמחי טבק עם חלקיקי ג'לטין והידרוג'ל שהכילו Agrobacterium tumefaciensחיידק נפוץ להעברה DNA מקטעים לתוך גנומים צמחיים.
תערובת ביו-דיו זו הודפסה אז בתלת-ממד על צלחת שטוחה או בתוך מיכל מלא בג'ל אחר כדי ליצור צורות כמו רשתות, פתיתי שלג, עלים וספירלות. לאחר מכן, ההידרוג'ל בחומרים המודפסים נרפא באור כחול, והקשיח את המבנים. במהלך 48 השעות שלאחר מכן, החיידקים ב-EPLMs העבירו DNA לתאי הטבק הגדלים.
החומרים נשטפו לאחר מכן באנטיביוטיקה כדי להרוג את החיידקים. בשבועות הבאים, כאשר תאי הצמח גדלו והשתכפלו ב-EPLMs, הם החלו לייצר חלבונים שהוכתבו על ידי ה-DNA המועבר.
הוכחת קונספט ויישומים עתידיים
במחקר הוכחת-קונספציה זה, ה-DNA המועבר אפשר לתאי צמח הטבק לייצר חלבונים פלואורסצנטיים ירוקים או בטאלאינים – פיגמנטים צמחיים אדומים או צהובים המוערכים כחומרי צבע טבעיים ותוספי תזונה. על ידי הדפסת EPLM בצורת עלה עם שני צבעי ביו שונים – אחד שיצר פיגמנט אדום לאורך הוורידים והשני פיגמנט צהוב בשאר העלה – הראו החוקרים שהטכניקה שלהם יכולה לייצר מבנים מורכבים, נשלטים מרחבית ורב-תכליתיים.
EPLMs כאלה, המשלבים את התכונות של אורגניזמים חיים עם היציבות והעמידות של חומרים שאינם חיים, יכולים למצוא שימוש כמפעלי תאים ליצירת מטבוליטים צמחיים או חלבונים פרמצבטיים, או אפילו ביישומי בנייה בת קיימא, לפי החוקרים.
המחברים מכירים במימון מתוכנית המפתח הלאומית למחקר ופיתוח של סין, הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין, הקרן למדעי הטבע של מחוז ג'יאנגסו ומעבדת המפתח של המדינה להנדסה כימית מוכוונת חומרים.
