了解植物細胞如何相互交流以及如何與環境交流是深入了解植物細胞機能的關鍵,並可望藉此創造優良的作物品種或最佳的栽培環境,因此在3次元環境中捕獲細胞間信號非常重要。然而目前的培養方法仍有無法正確掌握多細胞3次元環境的重大課題待解決。有鑑於此,美國北卡羅來納州立大學(North Carolina State University)透過利用細胞的3D生物列印(3D Bioprinting),開發了一項研究植物細胞之間通訊的再現性方法。
研究中以做為樣本植物的阿拉伯芥與大豆的細胞進行了生物列印,並就植物細胞生物列印後的存活率與其壽命,以及細胞如何獲得身份識別、機能的變化狀況進行了調查。無細胞壁的原生質體(Protoplast)係以營養物質、生長激素及洋菜糖(海藻來源增黏劑)進行生物列印製成。洋菜糖就如同支撐建築物牆壁磚塊的灰漿般,可為細胞提供強度與支架(Scaffold)的機能。透過此方式模仿自然環境,即可像在土壤中一樣產生細胞信號或刺激。實驗結果顯示,有一半以上的3D生物列印細胞存活下來,並隨著時間的推移分裂形成小細胞群(微癒傷組織)。
研究團隊也進一步對各個細胞進行生物列印以驗證細胞是否可以再生(分裂/增殖)。結果顯示,阿拉伯芥的根與芽細胞為了獲得最佳生存能力,需要不同的營養與支架組合。另一方面,有超過40%的大豆生殖細胞在生物列印2週後仍然存活,且隨著時間的推移,分裂形成小細胞群(微癒傷組織)。此外,研究團隊也就生物列印細胞的身份(Identity)進行了調查。目前已知阿拉伯芥的根細胞與大豆的生殖細胞具有高增殖率且身份不固定。因此就像動物或人類的幹細胞般,這些細胞可以變成不同的細胞。故可知生物列印的細胞可以具有幹細胞身份,意即分裂、成長、形成特定基因等能力。透過此項研究,展現了3D生物列印在受控環境中支持植物細胞活力與通訊所需之最佳化合物的巨大潛力。