Sự kết hợp giữa sinh học tổng hợp và in 3D tạo ra vật liệu sống theo lập trình
Các nhà khoa học đang sử dụng tế bào thực vật để tạo ra các loại vật liệu mới có khả năng phát triển, tự sửa chữa và phản ứng lại với môi trường xung quanh. Những vật liệu này được gọi là "vật liệu sống được thiết kế", và chúng được tạo ra bằng cách đưa tế bào vào một khung ma trận, được định hình theo mong muốn. Một nghiên cứu mới đây đã được các nhà nghiên cứu báo cáo trong tạp chí ACS Central Science, cho biết họ đã in 3D một loại mực sinh học chứa các tế bào thực vật đã được chỉnh sửa gen, tạo ra các vật liệu có thể lập trình. Các ứng dụng trong tương lai có thể bao gồm việc sản xuất sinh học và xây dựng bền vững.
Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển các vật liệu sống được thiết kế, chủ yếu dựa trên vi khuẩn và nấm làm thành phần sống. Tuy nhiên, những đặc điểm độc đáo của tế bào thực vật đã khiến cho việc sử dụng chúng trong vật liệu sống thực vật được thiết kế (Engineered Plant Living Materials, EPLMs) trở nên thú vị. Tuy nhiên, các vật liệu dựa trên tế bào thực vật tạo ra cho đến nay thường có cấu trúc đơn giản và chức năng hạn chế.
Ziyi Yu, Zhengao Di và đồng nghiệp của họ muốn thay đổi điều đó bằng cách tạo ra các EPLMs có hình dạng phức tạp, chứa các tế bào thực vật được chỉnh sửa gen với các hành vi và khả năng có thể tùy chỉnh. Các nhà nghiên cứu đã trộn tế bào cây thuốc lá với gelatin và các hạt vi khuẩn hydrogel chứa Agrobacterium tumefaciens, một loại vi khuẩn thường được sử dụng để biến nạp DNA vào gen của cây. Hỗn hợp mực sinh học này sau đó được in 3D trên một tấm phẳng hoặc bên trong một vật chứa gel khác để tạo ra các hình dạng như lưới, tuyết, lá và xoắn. Tiếp theo, hydrogel trong vật liệu in được xử lý bằng bằng ánh sáng xanh. Trong vòng 48 giờ tiếp theo, vi khuẩn trong các EPLMs chuyển giao DNA cho các tế bào cây đang phát triển. Các vật liệu sau đó được rửa bằng kháng sinh để tiêu diệt vi khuẩn. Trong những tuần tiếp theo, khi các tế bào thực vật phát triển và nhân đôi trong các EPLMs, chúng bắt đầu sản xuất các protein theo DNA đã được biến nạp.
Trong nghiên cứu chứng minh khái niệm này, DNA được chuyển giao đã cho phép tế bào cây thuốc lá tạo ra protein huỳnh quang màu xanh lá cây hoặc betalain - sắc tố thực vật màu đỏ hoặc vàng có giá trị như chất tạo màu tự nhiên và chất bổ sung vào chế độ ăn uống. Bằng cách in EPLM hình chiếc lá bằng hai loại mực sinh học khác nhau - một loại tạo ra sắc tố đỏ dọc theo gân lá và loại còn lại là sắc tố màu vàng ở phần còn lại của lá - các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng kỹ thuật của họ có thể tạo ra các cấu trúc phức tạp, được kiểm soát về mặt không gian và đa chức năng.
Theo các nhà nghiên cứu, các EPLM như vậy, kết hợp các đặc điểm của sinh vật sống với tính ổn định và độ bền của các chất không sống, có thể được sử dụng làm nhà máy tế bào để tạo ra các chất chuyển hóa thực vật hoặc protein dược phẩm, hoặc thậm chí trong các ứng dụng xây dựng bền vững.
Nguồn bài viết: Tài liệu do American Chemical Society. cung cấp. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về phong cách và độ dài.
Tạp chí tham khảo:
Yujie Wang, Zhengao Di, Minglang Qin, Shenming Qu, Wenbo Zhong, Lingfeng Yuan, Jing Zhang, Julian M. Hibberd, Ziyi Yu. Advancing Engineered Plant Living Materials through Tobacco BY-2 Cell Growth and Transfection within Tailored Granular Hydrogel Scaffolds. ACS Central Science, 2024; DOI: 10.1021/acscentsci.4c00338
Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển các vật liệu sống được thiết kế, chủ yếu dựa trên vi khuẩn và nấm làm thành phần sống. Tuy nhiên, những đặc điểm độc đáo của tế bào thực vật đã khiến cho việc sử dụng chúng trong vật liệu sống thực vật được thiết kế (Engineered Plant Living Materials, EPLMs) trở nên thú vị. Tuy nhiên, các vật liệu dựa trên tế bào thực vật tạo ra cho đến nay thường có cấu trúc đơn giản và chức năng hạn chế.
Ziyi Yu, Zhengao Di và đồng nghiệp của họ muốn thay đổi điều đó bằng cách tạo ra các EPLMs có hình dạng phức tạp, chứa các tế bào thực vật được chỉnh sửa gen với các hành vi và khả năng có thể tùy chỉnh. Các nhà nghiên cứu đã trộn tế bào cây thuốc lá với gelatin và các hạt vi khuẩn hydrogel chứa Agrobacterium tumefaciens, một loại vi khuẩn thường được sử dụng để biến nạp DNA vào gen của cây. Hỗn hợp mực sinh học này sau đó được in 3D trên một tấm phẳng hoặc bên trong một vật chứa gel khác để tạo ra các hình dạng như lưới, tuyết, lá và xoắn. Tiếp theo, hydrogel trong vật liệu in được xử lý bằng bằng ánh sáng xanh. Trong vòng 48 giờ tiếp theo, vi khuẩn trong các EPLMs chuyển giao DNA cho các tế bào cây đang phát triển. Các vật liệu sau đó được rửa bằng kháng sinh để tiêu diệt vi khuẩn. Trong những tuần tiếp theo, khi các tế bào thực vật phát triển và nhân đôi trong các EPLMs, chúng bắt đầu sản xuất các protein theo DNA đã được biến nạp.
Hình 1: Phương pháp tích hợp các vi hạt hydrogel tương thích sinh học (HMP) được mồi để in sinh học 3D với Agrobacteria tumefaciens có khả năng chuyển đổi tế bào thực vật, đóng vai trò là xương sống cho sự phát triển và biến đổi đồng thời của tế bào cây thuốc lá
Trong nghiên cứu chứng minh khái niệm này, DNA được chuyển giao đã cho phép tế bào cây thuốc lá tạo ra protein huỳnh quang màu xanh lá cây hoặc betalain - sắc tố thực vật màu đỏ hoặc vàng có giá trị như chất tạo màu tự nhiên và chất bổ sung vào chế độ ăn uống. Bằng cách in EPLM hình chiếc lá bằng hai loại mực sinh học khác nhau - một loại tạo ra sắc tố đỏ dọc theo gân lá và loại còn lại là sắc tố màu vàng ở phần còn lại của lá - các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng kỹ thuật của họ có thể tạo ra các cấu trúc phức tạp, được kiểm soát về mặt không gian và đa chức năng.
Hình 2: Sơ đồ in sinh học 3D của PLM. Dòng tế bào BY-2 có nguồn gốc từ Nicotiana tabacum, HMP và Gel-MA (gelatin methacrylat) được trộn theo tỷ lệ thích hợp để tạo thành mực sinh học được nạp BY-2, có thể được in thành cấu trúc 3D thông qua in đùn hoặc in huyền phù.
Theo các nhà nghiên cứu, các EPLM như vậy, kết hợp các đặc điểm của sinh vật sống với tính ổn định và độ bền của các chất không sống, có thể được sử dụng làm nhà máy tế bào để tạo ra các chất chuyển hóa thực vật hoặc protein dược phẩm, hoặc thậm chí trong các ứng dụng xây dựng bền vững.
Nguồn bài viết: Tài liệu do American Chemical Society. cung cấp. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về phong cách và độ dài.
Tạp chí tham khảo:
Yujie Wang, Zhengao Di, Minglang Qin, Shenming Qu, Wenbo Zhong, Lingfeng Yuan, Jing Zhang, Julian M. Hibberd, Ziyi Yu. Advancing Engineered Plant Living Materials through Tobacco BY-2 Cell Growth and Transfection within Tailored Granular Hydrogel Scaffolds. ACS Central Science, 2024; DOI: 10.1021/acscentsci.4c00338
Nguyễn Thị Thủy Tiên - Hcmbiotech, theo Sciencedaily.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét