الدمج بين البيولوجيا التركيبية والطباعة ثلاثية الأبعاد ينتج مواد حية قابلة للبرمجة
يؤدي الدمج بين البيولوجيا التركيبية والطباعة ثلاثية الأبعاد إلى إنتاج مواد حية قابلة للبرمجة
يقوم العلماء بتسخير الخلايا لصنع أنواع جديدة من المواد التي يمكنها النمو وإصلاح نفسها وحتى الاستجابة لبيئتها. يتم تصنيع هذه “المواد الحية الهندسية” الصلبة عن طريق دمج الخلايا في مصفوفة غير حية تتشكل بالشكل المطلوب. الآن، أفاد الباحثون في مجلة ACS Central Science أنهم قاموا بطباعة حبر حيوي يحتوي على خلايا نباتية ثلاثية الأبعاد، والتي تم بعد ذلك تعديلها وراثيًا، لإنتاج مواد قابلة للبرمجة. يمكن أن تشمل التطبيقات في يوم من الأيام التصنيع الحيوي والبناء المستدام.
في الآونة الأخيرة، قام الباحثون بتطوير مواد حية هندسية، بالاعتماد في المقام الأول على الخلايا البكتيرية والفطرية باعتبارها العنصر الحي. لكن السمات الفريدة للخلايا النباتية أثارت الحماس لاستخدامها في المواد الحية النباتية المهندسة (EPLMs). ومع ذلك، فإن المواد المعتمدة على الخلايا النباتية التي تم إنشاؤها حتى الآن كانت لها هياكل بسيطة إلى حد ما ووظائف محدودة.
أراد Ziyi Yu وZhengao Di وزملاؤه تغيير ذلك من خلال صنع EPLM ذات أشكال معقدة تحتوي على خلايا نباتية معدلة وراثيًا ذات سلوكيات وقدرات قابلة للتخصيص. لذا قام الباحثون بخلط خلايا نبات التبغ مع جزيئات الجيلاتين والهيدروجيل الدقيقة التي تحتوي على بكتيريا Agrobacterium tumefaciens، وهي بكتيريا تستخدم عادة لنقل أجزاء الحمض النووي إلى جينومات النبات.
تمت بعد ذلك طباعة خليط الحبر الحيوي هذا بتقنية ثلاثية الأبعاد على لوح مسطح أو داخل حاوية مملوءة بمادة هلامية أخرى لتشكيل أشكال مثل الشبكات ورقائق الثلج وأوراق الشجر واللوالب. بعد ذلك، تمت معالجة الهلام المائي الموجود في المواد المطبوعة بالضوء الأزرق، مما أدى إلى تصلب الهياكل.
وخلال الـ 48 ساعة التالية، قامت البكتيريا الموجودة في EPLMs بنقل الحمض النووي إلى خلايا التبغ المتنامية. ثم تم غسل المواد بالمضادات الحيوية لقتل البكتيريا.
في الأسابيع التالية، مع نمو الخلايا النباتية وتكاثرها في EPLMs، بدأت في إنتاج البروتينات التي يمليها الحمض النووي المنقول.
في هذه الدراسة لإثبات المفهوم، مكّن الحمض النووي المنقول خلايا نبات التبغ من إنتاج بروتينات الفلورسنت الخضراء أو البيتالين – أصباغ نباتية حمراء أو صفراء يتم تقييمها كملونات طبيعية ومكملات غذائية. من خلال طباعة EPLM على شكل ورقة باستخدام حبرين حيويين مختلفين – أحدهما ينتج صبغة حمراء على طول الأوردة والآخر صبغة صفراء في بقية الورقة – أظهر الباحثون أن تقنيتهم يمكن أن تنتج هياكل معقدة ومتحكم بها مكانيًا ومتعددة الوظائف. . وفقًا للباحثين، يمكن استخدام هذه الجزيئات EPLM، التي تجمع بين سمات الكائنات الحية واستقرار ومتانة المواد غير الحية، كمصانع خلوية لإنتاج المستقلبات النباتية أو البروتينات الصيدلانية، أو حتى في تطبيقات البناء المستدام.
