Biologia Sintética e Impressão 3D Produzem Materiais Vivos Programáveis

Entre o primeiro dia (esquerda) e o dia 14 (direita), as células vegetais impressas em 3D em hidrogel crescem e começam a florescer em aglomerados amarelos. Crédito: Adaptado de ACS Central Science 2024, DOI: 10.1021/acscentsci.4c00338

Novo estudo usa impressão 3D e células vegetais geneticamente modificadas para criar materiais complexos e auto-reparáveis ​​que podem revolucionar a biofabricação e a construção.

Os cientistas estão a aproveitar as células para produzir novos tipos de materiais que podem crescer, reparar-se e até responder ao seu ambiente. Esses “materiais vivos projetados” sólidos são feitos pela incorporação de células em uma matriz inanimada que é formada no formato desejado.

Agora, os pesquisadores relatam hoje (1º de maio) em Ciência Central ACS que imprimiram em 3D uma biotinta contendo células vegetais que foram geneticamente modificadas, produzindo materiais programáveis. Um dia, as aplicações poderão incluir a biofabricação e a construção sustentável.

Explorando células vegetais em engenharia de materiais

Recentemente, os pesquisadores têm desenvolvido materiais vivos projetados, contando principalmente com células bacterianas e fúngicas como componente vivo. No entanto, as características únicas das células vegetais despertaram entusiasmo pela sua utilização em materiais vivos vegetais projetados (EPLMs).

Anteriormente, os materiais baseados em células vegetais criados pelos cientistas tinham estruturas bastante simples e funcionalidade limitada. Ziyi Yu, Zhengao Di e colegas queriam mudar isso fazendo EPLMs de formatos complexos contendo células vegetais geneticamente modificadas com comportamentos e capacidades personalizáveis.

Material vivo projetado em forma de folha

Após 24 dias, as cores produzidas pelas células vegetais em duas biotintas diferentes impressas neste material vivo projetado em forma de folha são claramente visíveis. Crédito: Adaptado de ACS Central Science 2024, DOI: 10.1021/acscentsci.4c00338

Técnicas inovadoras de impressão 3D

Os pesquisadores misturaram células vegetais de tabaco com micropartículas de gelatina e hidrogel que continham Agrobacterium tumefaciensuma bactéria comumente usada para transferir ADN segmentos em genomas de plantas.

Essa mistura de biotinta foi então impressa em 3D em uma placa plana ou dentro de um recipiente preenchido com outro gel para formar formas como grades, flocos de neve, folhas e espirais. Em seguida, o hidrogel dos materiais impressos foi curado com luz azul, endurecendo as estruturas. Durante as 48 horas seguintes, as bactérias nas EPLMs transferiram DNA para as células de tabaco em crescimento.

Os materiais foram então lavados com antibióticos para matar as bactérias. Nas semanas seguintes, à medida que as células vegetais cresceram e se replicaram nos EPLMs, começaram a produzir proteínas ditadas pelo DNA transferido.

Prova de conceito e aplicações futuras

Neste estudo de prova de conceito, o DNA transferido permitiu que as células da planta do tabaco produzissem proteínas fluorescentes verdes ou betalaínas – pigmentos vegetais vermelhos ou amarelos que são valorizados como corantes naturais e suplementos dietéticos. Ao imprimir um EPLM em forma de folha com duas biotintas diferentes – uma que criava pigmento vermelho ao longo das veias e a outra um pigmento amarelo no resto da folha – os pesquisadores mostraram que sua técnica poderia produzir estruturas complexas, espacialmente controladas e multifuncionais.

Tais EPLMs, que combinam as características dos organismos vivos com a estabilidade e durabilidade de substâncias não vivas, poderiam ser utilizadas como fábricas celulares para produzir metabólitos vegetais ou proteínas farmacêuticas, ou mesmo em aplicações de construção sustentável, segundo os pesquisadores.

Referência: “Avanço de materiais vivos vegetais projetados por meio do crescimento e transfecção de células do tabaco BY-2 em andaimes de hidrogel granular sob medida” 1º de maio de 2024, Ciência Central ACS.
DOI: 10.1021/acscentsci.4c00338

Os autores reconhecem o financiamento do Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento da China, da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, da Fundação de Ciências Naturais da província de Jiangsu e do Laboratório Estatal de Engenharia Química Orientada a Materiais.



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