利用合成生物學(xué)和3D打印制作可編程生命材料

南極熊導(dǎo)讀：新研究利用3D打印和轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞來(lái)制造復(fù)雜的自我修復(fù)材料,，未來(lái)有可能徹底改變生物制造和建筑技術(shù)。

△研究人員成功地使用含有轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞的生物墨水進(jìn)行3D打印,，生產(chǎn)出可編程的生物材料,。該研究已發(fā)表在ACS Central Science期刊上，題目為“通過(guò)煙草BY-2細(xì)胞在定制顆粒水凝膠支架中的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)染,，推進(jìn)工程植物活體材料的發(fā)展”（傳送門(mén)）

2024年5月2日,，南極熊獲悉，研究人員利用3D打印技術(shù)和轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞研發(fā)了一種新型生物材料,，這種材料具有自我修復(fù)功能,，能夠?qū)Νh(huán)境做出反應(yīng)，將可能徹底改變生物制造和建筑領(lǐng)域的發(fā)展,。

△PLM 3D生物打印示意圖

探索材料工程中的植物細(xì)胞

最近,，研究人員一直在開(kāi)發(fā)工程活體材料，主要依靠細(xì)菌和真菌細(xì)胞作為活體成分,。然而,，植物細(xì)胞的獨(dú)特功能激起了人們將其用于工程植物活體材料（EPLMs）的熱情,。

以往,，科學(xué)家們創(chuàng)建的基于植物細(xì)胞的材料結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單,，功能有限。因此,，研究人員希望改變這種狀況,，他們制作了形狀復(fù)雜的EPLM，其中含有可定制行為和功能的基因工程植物細(xì)胞,。

△在第一天（左）和第14天（右）之間,，水凝膠中3D打印的植物細(xì)胞生長(zhǎng)并開(kāi)始茂盛成黃色簇

創(chuàng)新的3D打印技術(shù)

研究人員將煙草植物細(xì)胞與含有農(nóng)桿菌的明膠和水凝膠微粒混合,，農(nóng)桿菌是一種常用于將DNA片段轉(zhuǎn)入植物基因組的細(xì)菌,。

然后將這種生物墨水混合物在平板上或裝有另一種凝膠的容器內(nèi)進(jìn)行3D打印，形成網(wǎng)格,、雪花,、葉子和螺旋等形狀。接著,，用藍(lán)光固化打印材料中的水凝膠,，使結(jié)構(gòu)硬化。在隨后的48小時(shí)內(nèi),，EPLMs中的細(xì)菌將DNA轉(zhuǎn)移到生長(zhǎng)中的煙草細(xì)胞上,。

然后用抗生素清洗材料，殺死細(xì)菌,。在接下來(lái)的幾周里,，隨著植物細(xì)胞在EPLMs中生長(zhǎng)和復(fù)制，它們開(kāi)始根據(jù)轉(zhuǎn)移的DNA生成蛋白質(zhì),。

△由兩種不同的生物墨水制成的多功能EPLM的構(gòu)建,。24天后，植物細(xì)胞用兩種不同的生物墨水打印在這種葉形工程活材料上產(chǎn)生的顏色清晰可見(jiàn)

概念驗(yàn)證和未來(lái)應(yīng)用

在這項(xiàng)概念驗(yàn)證研究中,，通過(guò)轉(zhuǎn)移的DNA,，煙草植物細(xì)胞能夠產(chǎn)生綠色熒光蛋白或貝特類(lèi)色素，即紅色或黃色的植物色素,，可作為天然著色劑和膳食補(bǔ)充劑,。通過(guò)使用兩種不同的生物墨水打印葉形EPLM（一種墨水沿葉脈產(chǎn)生紅色色素，另一種墨水在葉片的其他部分產(chǎn)生黃色色素）,，研究人員表明,，他們的技術(shù)可以產(chǎn)生復(fù)雜的、空間可控的多功能結(jié)構(gòu),。

這種EPLM結(jié)合了生物體的特征和非生物物質(zhì)的穩(wěn)定性和耐久性,，可以用作細(xì)胞工廠,，生產(chǎn)植物代謝物或藥物蛋白質(zhì)，甚至用于可持續(xù)建筑應(yīng)用,。