2022-10-14 ノースカロライナ州立大学(NCState)
3Dプリントのインクやプラスチックの代わりに、”バイオインク”、つまり生きている植物細胞を使う。
細胞壁のない生きた植物細胞、つまりプロトプラストが、栄養分、成長ホルモン、アガロースという海藻由来の増粘剤とともにバイオプリントされました。アガロースは、建物の壁でレンガを支えるモルタルのように、細胞に強度と足場を与える働きがある。
研究の結果、3Dバイオプリントされた細胞の半分以上が生存し、時間の経過とともに分裂してマイクロカリ、つまり細胞の小さなコロニーを形成していることが分かった。
バイオプリンティングは、高スループット処理と、層やハニカム形状などのバイオプリンティング後の細胞のアーキテクチャーの制御のためのより良い機会を提供する。
研究者達は、個々の細胞をバイオプリントして、再生、つまり分裂・増殖が可能かどうかも検証している。その結果、シロイヌナズナの根と芽の細胞は、最適な生存率を得るために異なる栄養分と足場の組み合わせを必要とすることがわかった。
ダイズ胚細胞の40%以上は、バイオプリントの2週間後も生存しており、また、時間の経過とともに分裂して微小突起を形成した。これは、3Dバイオプリントが作物植物の細胞再生の研究に有用であることを示している。
バイオプリントされた細胞は、幹細胞のアイデンティティを持ち、分裂し、成長し、特定の遺伝子を発現することがわかった。
<関連情報>
- https://news.ncsu.edu/2022/10/3d-printing-plant-cells-shows-promise-for-studying-cell-function/
- https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abp9906
3Dバイオプリンティングによる再現性の高い植物細胞機能研究手法の確立 Establishing a reproducible approach to study cellular functions of plant cells with 3D bioprinting
Lisa Van den Broeck,Michael F. Schwartz,Srikumar Krishnamoorthy,Maimouna Abderamane Tahir,Ryan J. Spurney,Imani Madison,Charles Melvin,Mariah Gobble,Thomas Nguyen,Rachel Peters,Aitch Hunt,Atiyya Muhammad,Baochun Li,Maarten Stuiver ,Timothy Horn,Rosangela Sozzani
Science Advances Published:14 Oct 2022
DOI: 10.1126/sciadv.abp9906
Abstract
Capturing cell-to-cell signals in a three-dimensional (3D) environment is key to studying cellular functions. A major challenge in the current culturing methods is the lack of accurately capturing multicellular 3D environments. In this study, we established a framework for 3D bioprinting plant cells to study cell viability, cell division, and cell identity. We established long-term cell viability for bioprinted Arabidopsis and soybean cells. To analyze the generated large image datasets, we developed a high-throughput image analysis pipeline. Furthermore, we showed the cell cycle reentry of bioprinted cells for which the timing coincides with the induction of core cell cycle genes and regeneration-related genes, ultimately leading to microcallus formation. Last, the identity of bioprinted Arabidopsis root cells expressing endodermal markers was maintained for longer periods. The framework established here paves the way for a general use of 3D bioprinting for studying cellular reprogramming and cell cycle reentry toward tissue regeneration.
