Инженерные растительные материалы: учёные создали для 3D-печати живые чернила заданной расцветки

Учёные использовали живые клетки для новых материалов, которые могут расти, развиваться и реагировать на окружающую среду. Управляя такими клетками, появляется возможность вырастить их по заданной форме. На верхней иллюстрации — нанесённые на шаблон-снежинку генетически модифицированные растительные клетки с разницей в две недели, которые росли и набирали объём. Клетками печатали по шаблону, как биочернилами, с помощью 3D-принтера.


В последнее время исследователи разрабатывают живые инженерные материалы, полагаясь в основном на клетки бактерий и грибков в качестве живого компонента. Но у клеток растений — свои уникальные свойства, так что их также использовали для создания так называемых инженерных растительных живых материалов (EPLM). Однако материалы на основе растительных клеток до последнего времени представляли собой упрощённую версию структурно и ограниченную — функционально.

Цзыи Ю, Чжэнгао Ди и другие специалисты задались целью разработать EPLM сложной формы, с генетически модифицированными растительными клетками, чьё дальнейшее развитие и свойства можно было бы настраивать.

Учёные смешали клетки табака с микрочастицами желатина и гидрогеля, содержащими также бактерию Agrobacterium tumefaciens. Заметим, обычно этот микроорганизм используют для переноса определённых участков ДНК в геномы растений. Затем полученной смесью произвели печать с помощью 3D-принтера по форме — это была плоскость, покрытая избирательным образом другим гелем. Формы в неживом геле представляли собой сетки, снежинки, листья и спирали.

Затем напечатанный гидрогель для прочности отверждали специальным синим светом. В течение последующих 48 часов внутри EPLM бактерии переносили ДНК в растущие клетки табака. Затем материалы промывали антибиотиками, чтобы убить бактерии.

В последующие недели, по мере роста и деления растительных клеток в фигурках из EPLM, клетки начали вырабатывать белки и цвета по команде от привнесённой ДНК. Добавленная с бактериями ДНК побудила клетки табака производить зелёные светящиеся белки либо, как вариант, беталаины, то есть красные или жёлтые растительные пигменты, которые ценятся как натуральные красители и пищевые добавки. Через 24 дня цвета стали отчётливыми, как видно на фотографии с результатами роста биочернил в форме листка.



Для этого в форме листка печатали двумя разными биочернилами. Один тип материала выработал красный пигмент вдоль «прожилок», а другой — жёлтый краситель на остальной площади листка. Таким образом исследователи показали, что их технология позволяет создавать сложные, пространственно контролируемые и многофункциональные структуры.

Итак, разработанные EPLM сочетают признаки живых организмов со стабильностью и долговечностью неживых веществ. Создатели надеются, что новинка найдёт применение на неких клеточных фабриках для производства растительных препаратов, лекарственных белков или даже для экологичного строительства.