La unión de la biología sintética y la impresión 3D produce materiales vivos programables

Los científicos están utilizando células para crear nuevos tipos de materiales que puedan crecer, repararse a sí mismos y responder a su entorno. Estos “materiales vivos diseñados” sólidos se obtienen mediante la incrustación de células en una matriz inanimada que se crea en la forma deseada. Ahora, los investigadores informan en ACS Central Science que han impreso en 3D una biotinta que contiene células vegetales que se modificaron genéticamente para producir materiales programables. Algún día, algunas aplicaciones podrían incluir la biofabricación y la construcción sostenible. 

Recientemente, los investigadores han desarrollado materiales vivos diseñados, principalmente basados en células bacterianas y fungosas como componente vivo. Sin embargo, las características únicas de las células vegetales han despertado entusiasmo por su uso en materiales vegetales vivos diseñados (EPLM, por sus siglas en inglés). De todos modos, los materiales de base celular de la planta creados hasta el momento han tenido estructuras bastante sencillas y una funcionalidad limitada. Ziyi Yu, Zhengao Di y sus colegas querían cambiar eso haciendo EPLM de formas complejas que contenían células vegetales genéticamente modificadas con comportamientos y capacidades personalizables. 

Los investigadores mezclaron células vegetales de tabaco con micropartículas de gelatina e hidrogel que contenían agrobacterium tumefaciens, una bacteria utilizada habitualmente para transferir segmentos de ADN a genomas vegetales. Esta mezcla de biotinta se imprimió en 3D en una placa plana o dentro de un recipiente lleno de otro gel para realizar formas como rejillas, copos de nieve, hojas y espirales. A continuación, el hidrogel de los materiales impresos se curó con luz azul, lo que endureció las estructuras. Durante las siguientes 48 horas, las bacterias de los EPLM transfirieron el ADN a las células de tabaco en crecimiento. Luego, se lavaron los materiales con antibióticos para destruir las bacterias. En las siguientes semanas, a medida que las células vegetales crecían y se replicaban en los EPLM, empezaron a producir proteínas dictadas por el ADN transferido.  

En este estudio demostrativo preliminar, el ADN transferido les permitió a las células vegetales del tabaco producir proteínas fluorescentes verdes o betalaínas, pigmentos vegetales rojos o amarillos que se consideran colorantes naturales y suplementos dietarios. Al imprimir un EPLM con forma de hoja con dos biotintas diferentes, una que creó un pigmento rojo a lo largo de las venas y la otra, un pigmento amarillo en el resto de la hoja, los investigadores demostraron que su técnica podía producir estructuras complejas, controladas espacialmente y multifuncionales. Estos EPLM, que combinan los rasgos de los organismos vivos con la estabilidad y la durabilidad de las sustancias no vivas, podrían usarse como fábricas celulares para producir metabolitos vegetales o proteínas farmacéuticas, o incluso en aplicaciones de construcción sostenible, según los investigadores. 

Los autores agradecen la financiación del Plan Nacional Clave de Investigación y Desarrollo de China, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Jiangsu y el Laboratorio Clave Estatal de Ingeniería Química. 

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