《Science Advances》：3D打印植物細(xì)胞助力研究細(xì)胞功能

導(dǎo)讀：在三維（3D）環(huán)境中捕捉細(xì)胞間信號是研究細(xì)胞功能的關(guān)鍵,。目前培養(yǎng)方法的一個主要挑戰(zhàn)是缺乏對多細(xì)胞三維環(huán)境的準(zhǔn)確捕捉。



2022年10月,，南極熊獲悉,，來自北卡羅來納州立大學(xué)的研究者們，提出了一種利用 3D 打印機(jī)“生物打印”這些細(xì)胞來研究不同類型植物細(xì)胞之間細(xì)胞通訊的可重復(fù)方法,。通過此方法人們能夠了解植物細(xì)胞如何相互交流,，以及與環(huán)境如何交流 ，并最終能夠創(chuàng)造更適合作物的生長環(huán)境,。他們的研究已經(jīng)發(fā)表在《Science Advances》上,，題目為《Establishing a reproducible approach to study cellular functions of plant cells with 3D bioprinting》（《可重復(fù)的研究方法：用3D生物打印技術(shù)研究植物細(xì)胞的細(xì)胞功能》）。

在這項研究中,，研究人員建立了一個3D生物打印植物細(xì)胞的框架,，以研究細(xì)胞活力、細(xì)胞分裂和細(xì)胞特性,，為生物打印的擬南芥和大豆細(xì)胞建立了長期的細(xì)胞生存能力,。為了分析生成的大型圖像數(shù)據(jù)集，研究人員還開發(fā)了一個高通量的圖像分析方式,。結(jié)果表明生物打印細(xì)胞的細(xì)胞周期的時間與核心細(xì)胞周期基因和再生相關(guān)基因的誘導(dǎo)相吻合,。最后，生物打印的擬南芥根部細(xì)胞表達(dá)內(nèi)胚層標(biāo)記的特性保持了較長的時間,。研究人員指出,，此處建立的框架為使用3D生物打印技術(shù)研究細(xì)胞重編程和細(xì)胞周期重新進(jìn)入組織再生奠定了基礎(chǔ)。

背景
三維生物打印能夠產(chǎn)生專門設(shè)計的三維細(xì)胞構(gòu)造,，更好地模擬自然界的平面條件,。三維生物打印可以通過應(yīng)用一種或多種方式進(jìn)行，以精確地在空間上沉積生物活性材料,，稱為生物墨水,。為了實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的空間沉積并同時提供結(jié)構(gòu)支持,，植物細(xì)胞可以被固定并在大量的水凝膠支架中進(jìn)行生物打印。因此,，三維生物打印提供了一個有利的和可控的系統(tǒng)來制造復(fù)雜的系統(tǒng),，以生理上準(zhǔn)確的方式捕捉細(xì)胞的動態(tài)和相互作用，實(shí)現(xiàn)組織再生,。例如,，人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞已經(jīng)被生物打印出來，以研究細(xì)胞命運(yùn),、表型變化和組織再生,。 植物本身就表現(xiàn)出極端的再生能力。例如,，完全喪失的根部干細(xì)胞可以在數(shù)小時內(nèi)被完全替換并發(fā)揮功能,。單獨(dú)分離的植物細(xì)胞的再生能力受細(xì)胞類型、組織類型,、基因型和特定的三維微環(huán)境的影響很大,。因此，為了設(shè)計和建造能夠持續(xù)重現(xiàn)細(xì)胞反應(yīng)的三維微環(huán)境,，需要有基因型和細(xì)胞類型的特定設(shè)計,。對于這樣的設(shè)計，需要考慮機(jī)械性能,、營養(yǎng)供應(yīng),、可降解性和組織的模仿性。

實(shí)驗及結(jié)論




通過三維生物打印技術(shù),，可以通過在一個明確的環(huán)境中沉積活的植物細(xì)胞來控制機(jī)械條件,。此外，為了實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的細(xì)胞反應(yīng),，應(yīng)考慮生物打印的指標(biāo),，包括構(gòu)造尺寸、細(xì)胞密度,、擠出時的速度和壓力以及噴嘴直徑,。研究人員使用擬南芥根部的原生質(zhì)體，即沒有細(xì)胞壁的植物細(xì)胞,，以研究細(xì)胞活力,、細(xì)胞分裂和細(xì)胞在可調(diào)整的微環(huán)境中的行為。原生質(zhì)體可以表現(xiàn)出單個細(xì)胞行為,。具體來說,，研究人員將從兩種不同組織類型中分離出來的擬南芥根部細(xì)胞進(jìn)行了長達(dá)7天的生物打印。在這個時間范圍內(nèi),，結(jié)果表明,，表達(dá)內(nèi)胚層標(biāo)記的分離細(xì)胞的百分比增加,，表明分離細(xì)胞的身份在較長的時間內(nèi)發(fā)生變化。 支持性的是,，基因表達(dá)譜顯示了干細(xì)胞系標(biāo)志物和再生相關(guān)基因的誘導(dǎo),，表明生物打印細(xì)胞獲得了類似干細(xì)胞的身份。最后,，研究人員證明了3D生物打印技術(shù)在研究模型和作物物種的分離單細(xì)胞再生方面的適用性,。

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2022-10-16 13:18 上傳

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