Materiales vivientes y programables

Unos científicos están utilizando células para crear nuevos tipos de materiales que puedan crecer, repararse a sí mismos y reaccionar a su entorno. Estos "materiales vivientes de diseño”, sólidos, se obtienen mediante la incrustación de células en una matriz inanimada que se crea en la forma deseada.

Ahora, estos investigadores han conseguido imprimir en 3D una biotinta que contiene células vegetales que se modificaron genéticamente para producir materiales programables.

Otros materiales vivientes de diseño previos se basaron principalmente 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 vivientes de diseño.

De todos modos, los materiales de base celular vegetal creados hasta el momento han tenido estructuras bastante sencillas y una funcionalidad limitada.

El equipo encabezado por Yujie Wang, de la Universidad Tecnológica de Nankín en China, se propuso cambiar eso haciendo materiales vegetales vivientes de diseño con formas complejas que contenían células vegetales genéticamente modificadas con comportamientos y capacidades personalizables.

Los investigadores mezclaron células vegetales de planta del 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 fue sometido a un proceso de curado con luz azul, lo que endureció las estructuras. Durante las siguientes 48 horas, las bacterias de los materiales vegetales vivientes de diseño transfirieron el ADN a las células de planta 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 materiales vegetales vivientes de diseño, empezaron a producir proteínas dictadas por el ADN transferido.

En este estudio demostrativo preliminar, el ADN transferido les permitió a las células de la planta del tabaco producir proteínas fluorescentes verdes o betalaínas, pigmentos vegetales rojos o amarillos que se consideran colorantes naturales y suplementos dietarios. Al imprimir un material vegetal viviente de diseño 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 puede producir estructuras complejas, controladas espacialmente y multifuncionales. Estos materiales vegetales vivientes de diseño, 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.

Después de 24 días, se ven claramente los colores que producen las células vegetales en dos biotintas diferentes impresas en este material vivo moldeado en forma de hoja. (Imagen: adaptado de ACS Central Science 2024, DOI: 10.1021/acscentsci.4c00338. CC BY)

El estudio se titula "Advancing Engineered Plant Living Materials through Tobacco BY-2 Cell Growth and Transfection within Tailored Granular Hydrogel Scaffolds". Y se ha publicado en la revista académica ACS Central Science. (Fuente: American Chemical Society)