Une nouvelle étude utilise l’impression 3D et des cellules végétales génétiquement modifiées pour créer des matériaux complexes et autoréparables qui pourraient révolutionner la biofabrication et la construction.
Les scientifiques exploitent les cellules pour fabriquer de nouveaux types de matériaux capables de se développer, de se réparer et même de réagir à leur environnement. Ces « matériaux vivants artificiels » solides sont fabriqués en incorporant des cellules dans une matrice inanimée qui prend la forme souhaitée.
Maintenant, les chercheurs rapportent aujourd'hui (1er mai) dans ACS Science centrale qu'ils ont imprimé en 3D un bioink contenant des cellules végétales qui ont ensuite été génétiquement modifiées, produisant des matériaux programmables. Les applications pourraient un jour inclure la biofabrication et la construction durable.
Explorer les cellules végétales en génie des matériaux
Récemment, des chercheurs ont développé des matériaux vivants, s'appuyant principalement sur des cellules bactériennes et fongiques comme composants vivants. Cependant, les caractéristiques uniques des cellules végétales ont suscité l’enthousiasme pour leur utilisation dans les matériaux végétaux vivants modifiés (EPLM).
Auparavant, les matériaux à base de cellules végétales créés par les scientifiques avaient des structures assez simples et des fonctionnalités limitées. Ziyi Yu, Zhengao Di et leurs collègues voulaient changer cela en créant des EPLM de forme complexe contenant des cellules végétales génétiquement modifiées avec des comportements et des capacités personnalisables.
Techniques d'impression 3D innovantes
Les chercheurs ont mélangé des cellules de plantes de tabac avec des microparticules de gélatine et d'hydrogel contenant Agrobactérie tumefaciensune bactérie couramment utilisée pour transférer ADN segments en génomes végétaux.
Ce mélange de bioencre a ensuite été imprimé en 3D sur une plaque plate ou à l’intérieur d’un récipient rempli d’un autre gel pour former des formes telles que des grilles, des flocons de neige, des feuilles et des spirales. Ensuite, l’hydrogel contenu dans les documents imprimés a été durci à la lumière bleue, durcissant ainsi les structures. Au cours des 48 heures qui ont suivi, les bactéries présentes dans les EPLM ont transféré l'ADN aux cellules de tabac en croissance.
Les matériaux ont ensuite été lavés avec des antibiotiques pour tuer les bactéries. Dans les semaines suivantes, à mesure que les cellules végétales se développaient et se répliquaient dans les EPLM, elles commençaient à produire des protéines dictées par l’ADN transféré.
Preuve de concept et applications futures
Dans cette étude de validation de principe, l’ADN transféré a permis aux cellules de la plante de tabac de produire des protéines fluorescentes vertes ou bétalaïnes – des pigments végétaux rouges ou jaunes appréciés comme colorants naturels et compléments alimentaires. En imprimant un EPLM en forme de feuille avec deux bio-encres différentes – l’une créant un pigment rouge le long des nervures et l’autre un pigment jaune dans le reste de la feuille – les chercheurs ont montré que leur technique pouvait produire des structures complexes, spatialement contrôlées et multifonctionnelles.
De tels EPLM, qui combinent les caractéristiques des organismes vivants avec la stabilité et la durabilité des substances non vivantes, pourraient être utilisés comme usines cellulaires pour produire des métabolites végétaux ou des protéines pharmaceutiques, ou même dans des applications de construction durable, selon les chercheurs.
Les auteurs reconnaissent le financement du programme national clé de recherche et développement de Chine, de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine, de la Fondation des sciences naturelles de la province du Jiangsu et du Laboratoire clé d'État de génie chimique orienté matériaux.
