該研究于10月14日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上，來自北卡羅來納州立大學(xué)。

科學(xué)家們對模式植物擬南芥和大豆的細(xì)胞進(jìn)行了生物打印。他們想研究植物細(xì)胞在被生物打印后是否會存活--以及存活多長時間。此外，他們還想研究它們?nèi)绾潍@得和改變它們的身份和功能。

北卡羅來納州立大學(xué)博士后研究員Lisa Van den Broeck說：“植物的根部有很多不同的細(xì)胞類型，具有專門的功能，”她是描述這項(xiàng)工作的論文的第一作者?！耙灿胁煌幕蚣槐磉_(dá)；有些是細(xì)胞特異性的。我們想知道在你對活細(xì)胞進(jìn)行生物打印并將它們放入你設(shè)計(jì)的環(huán)境中后會發(fā)生什么。它們是否還活著，并且在做它們應(yīng)該做的事情？”

【資料圖】

3D生物打印植物細(xì)胞的過程在機(jī)械上類似于打印墨水或塑料，但有一些必要的調(diào)整。

Van den Broeck說：“我們不使用3D打印墨水或塑料，而是使用‘生物墨水’，或活的植物細(xì)胞。這兩個過程的機(jī)械原理是相同的，但植物細(xì)胞有幾個明顯的區(qū)別：一個紫外線過濾器用于保持環(huán)境無菌，多個打印頭--而不是只有一個--同時打印不同的生物墨水?！?/p>

沒有細(xì)胞壁的活體植物細(xì)胞，或原生質(zhì)體，與營養(yǎng)物質(zhì)、生長激素和一種叫做瓊脂糖的增稠劑（一種海藻類化合物）一起進(jìn)行了生物打印。瓊脂糖有助于為細(xì)胞提供強(qiáng)度和“腳手架”，類似于支持建筑墻體中磚塊的砂漿。

北卡羅來納州立大學(xué)植物和微生物生物學(xué)教授、該論文的共同通訊作者Ross Sozzani說：“我們發(fā)現(xiàn)，使用適當(dāng)?shù)闹Ъ苁侵陵P(guān)重要的。當(dāng)你打印生物墨水時，你需要它是液體，但當(dāng)它出來時，它需要是固體。模仿自然環(huán)境有助于保持細(xì)胞信號和線索在土壤中的發(fā)生?！?/p>

研究表明，超過一半的3D生物打印細(xì)胞是可行的，并隨著時間的推移而分裂，形成小的細(xì)胞群。

Van den Broeck說：“我們預(yù)計(jì)在細(xì)胞進(jìn)行生物打印的當(dāng)天會有很好的存活率，但是我們從來沒有在生物打印后保持細(xì)胞超過幾個小時，所以我們不知道幾天后會發(fā)生什么。手動移液細(xì)胞后顯示出類似的活力范圍，所以3D打印過程似乎不會對細(xì)胞造成任何傷害。”

“這是一個手動的困難過程，而3D生物打印控制了液滴的壓力和液滴的打印速度，”Sozzani說。“生物打印為高通量處理和控制生物打印后的細(xì)胞結(jié)構(gòu)提供了更好的機(jī)會，如層狀或蜂窩狀。”

研究人員還對單個細(xì)胞進(jìn)行了生物打印，以測試它們是否能夠再生，或進(jìn)行分裂和繁殖。研究結(jié)果表明，擬南芥的根和芽細(xì)胞需要不同的營養(yǎng)物質(zhì)和支架組合以獲得最佳的生存能力。

同時，超過40%的單個大豆胚胎細(xì)胞在生物打印兩周后仍保持活力，并且還隨著時間的推移而分裂，形成小的細(xì)胞群。

Sozzani說：“這表明3D生物打印可以用于研究作物植物的細(xì)胞再生。”

最后，研究人員研究了生物打印細(xì)胞的細(xì)胞特性。擬南芥根細(xì)胞和胚胎大豆細(xì)胞以高增殖率和缺乏固定身份而聞名。換句話說，像動物或人類干細(xì)胞一樣，這些細(xì)胞可以成為不同的細(xì)胞類型。

“我們發(fā)現(xiàn)，生物打印的細(xì)胞可以擁有干細(xì)胞的身份；它們分裂和生長，并表達(dá)特定的基因，”Van den Broeck說?！爱?dāng)你進(jìn)行生物打印時，你打印的是整個細(xì)胞類型的群體。我們能夠檢查3D生物打印后單個細(xì)胞所表達(dá)的基因，以了解細(xì)胞身份的任何變化。”

研究人員計(jì)劃繼續(xù)他們的工作，研究3D生物打印后的細(xì)胞通訊，包括在單細(xì)胞水平。Sozzani說：“總而言之，這項(xiàng)研究顯示了使用3D生物打印的強(qiáng)大潛力，以確定在受控環(huán)境中支持植物細(xì)胞生存能力和通信所需的最佳化合物?！?/p>