Американские ученые представили воспроизводимый способ изучения клеточной коммуникации между различными типами растительных клеток — «биопечать» клеток на 3D-принтере. Метод позволяет больше узнать о функциях растительных клеток и, в конечном итоге, создать лучшие сорта сельскохозяйственных культур и оптимальные условия выращивания, сообщает Университет Северной Каролины. Результаты работы появились в журнале Science Advances.
В данной работе ученые использовали клетки модельного растения резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) и соевых бобов. Корни растений состоят из множества различных типов клеток с разными функциями. Также экспрессируются разные наборы генов — и некоторые из них специфичны для определенных клеток. Как бы вели себя эти клетки, если бы из напечатали на 3D-принтере и поместили в специально созданную среду? Выжили бы они? И, если бы выжили, то как бы работали? Ученые решили проверить это в своем эксперименте.
Процесс 3D-биопечати растительных клеток механически похож на печать краской или пластиком. Но есть несколько особенностей. Вместо чернил или пластика для 3D-биопечати ученые используют «биочернила», или живые растительные клетки. Также необходим ультрафиолетовый фильтр — для поддержания стерильности окружающей среды. И на принтере используются несколько печатающих головок, а не одна, для одновременной печати разными биочернилами.
Ученые напечатали живые растительные клетки без клеточных стенок в среде с питательными веществами, гормонами роста и загустителем агарозой — соединением на основе морских водорослей. Агароза помогает обеспечить прочность клеток и создать строительные леса, подобно раствору, поддерживающему кирпичи в стене здания. Более половины напечатанных клеток оказались жизнеспособными и со временем начали делиться, образуя небольшие колонии.
Исследователи также напечатали отдельные клетки, чтобы проверить, могут ли они восстанавливаться или делиться и размножаться. Полученные данные показали, что клетки корней и побегов резуховидки нуждаются в различных комбинациях питательных веществ и каркаса для оптимальной жизнеспособности.
Между тем, более 40% отдельных эмбриональных клеток соевых бобов оставались жизнеспособными через две недели после биопечати. Кроме того, они со временем начали делиться и образовывать микрокаллусов (предшественников эмбриоидов).
«Это показывает, что 3D-биопечать может быть полезна для изучения клеточной регенерации сельскохозяйственных культур», — цитируют авторов работы в пресс-релизе.
Исследователи смогли изучить гены, экспрессируемые отдельными клетками после 3D-биопечати, чтобы понять любые изменения в клеточной «специализации». В целом результаты показывают, что 3D-биопечати является перспективным методом исследования, который позволяет определить оптимальные соединения, нужные для поддержания жизнеспособности растительных клеток и коммуникации в контролируемой среде.
[Фото: LISA VAN DEN BROECK, NC STATE UNIVERSITY]
