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(Noticias de Nanowerk) Un nuevo estudio (avances científicos«Establecer un enfoque reproducible para estudiar las funciones celulares de las células vegetales con bioimpresión 3D») de la Universidad Estatal de Carolina del Norte demuestra un método reproducible para estudiar la comunicación celular entre diferentes tipos de células vegetales mediante la «bioimpresión» de estas células a través de una impresora 3D.
Aprender más sobre cómo las células vegetales se comunican entre sí, y con su entorno, es clave para comprender mejor las funciones de las células vegetales y, en última instancia, podría conducir a la creación de mejores variedades de plantas y entornos de cultivo óptimos.
Los investigadores bioimprimieron células de la planta modelo. Arabidopsis thaliana y de la soja, no solo para estudiar si las células vegetales vivirían después de la bioimpresión, y por cuánto tiempo, sino también para estudiar cómo adquieren y cambian su identidad y función.
«La raíz de una planta tiene muchos tipos de células diferentes con funciones especializadas», dijo Lisa Van den Broeck, investigadora postdoctoral del estado de Carolina del Norte y primera autora de un artículo que describe el trabajo. “También se expresan diferentes grupos de genes; algunos son específicos de la célula. Queríamos saber qué sucede después de bioimprimir células vivas y colocarlas en un entorno que usted diseñe. ¿Están vivos y haciendo lo que deberían estar haciendo?
El proceso de bioimpresión de células vegetales en 3D es mecánicamente similar a la impresión de tinta o plásticos, con algunos ajustes necesarios.
«En lugar de tinta de impresión 3D o plástico, usamos ‘biotinta’ o células vegetales vivas», dijo Van den Broeck. «La mecánica es la misma para ambos procesos, con algunas diferencias notables para las células vegetales: un filtro UV utilizado para mantener el ambiente estéril y múltiples cabezales de impresión, en lugar de uno solo, para imprimir diferentes tintas biológicas al mismo tiempo».
Se bioimprimieron células vegetales vivas sin paredes celulares ni protoplastos junto con nutrientes, hormonas de crecimiento y un agente espesante llamado agarosa, un compuesto a base de algas. La agarosa ayuda a proporcionar fuerza y andamiaje a las células, al igual que la argamasa sostiene los ladrillos en la pared de un edificio.
«Descubrimos que el uso de andamios apropiados era fundamental», dijo Ross Sozzani, profesor de biología vegetal y microbiana en NC State y coautor del artículo. “Cuando imprimes la tinta biológica tiene que ser líquida, pero cuando sale tiene que ser sólida. Imitar el entorno natural ayuda a que las señales y señales celulares ocurran como lo harían en el suelo”.
La investigación mostró que más de la mitad de las células bioimpresas en 3D eran viables y se dividieron con el tiempo para formar microcallos o pequeñas colonias de células.
«Esperábamos una buena viabilidad el día en que se bioimprimieron las células, pero nunca habíamos mantenido las células durante más de unas pocas horas después de la bioimpresión, por lo que no teníamos idea de lo que sucedería días después», dijo Van den Broeck. «Se observan rangos de viabilidad similares después de pipetear manualmente las células, por lo que el proceso de impresión 3D no parece dañar las células».
«Este es un proceso manual difícil, y la bioimpresión 3D controla la impresión de las gotas y la velocidad a la que se imprimen las gotas», dijo Sozzani. “La bioimpresión ofrece mejores oportunidades para el procesamiento de alto rendimiento y el control de la arquitectura de las células después de la bioimpresión, como Por ejemplo, capas o formas de panal”.
Los investigadores también bioimprimieron células individuales para probar si pueden regenerarse o dividirse y multiplicarse. Los resultados mostraron que las células de raíces y brotes de Arabidopsis requerían diferentes combinaciones de nutrientes y andamios para una viabilidad óptima.
Mientras tanto, más del 40 % de las células individuales del embrión de soja permanecieron viables dos semanas después de la bioimpresión y también se dividieron con el tiempo para formar microcallos.
«Esto demuestra que la bioimpresión 3D puede ser útil para estudiar la regeneración celular en los cultivos», dijo Sozzani.
Finalmente, los investigadores examinaron la identidad celular de las células bioimpresas. Arabidopsis Las células de raíz y las células de soja embrionarias son conocidas por sus altas tasas de proliferación y la falta de identidades fijas. En otras palabras, estas células pueden convertirse en diferentes tipos de células, como células madre animales o humanas.
“Descubrimos que las células bioimpresas pueden asumir la identidad de las células madre; se dividen y crecen y expresan genes específicos”, dijo Van den Broeck. “En la bioimpresión, se imprime una población completa de tipos de células. Pudimos estudiar los genes expresados por células individuales después de la bioimpresión 3D para comprender los cambios en la identidad celular”.
Los investigadores planean continuar su trabajo en el estudio de la comunicación celular después de la bioimpresión 3D, incluso a nivel de una sola célula.
«Con todo, este estudio demuestra el gran potencial de la bioimpresión 3D para identificar los compuestos óptimos necesarios para respaldar la viabilidad y la comunicación de las células vegetales en un entorno controlado», dijo Sozzani.
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