Чтобы сделать деревянный стол, нужно очень много. Вырастить дерево, срубить его, перевезти, перемолоть ... Вы поняли, в чем дело. Это десятилетний процесс. Луис Фернандо Веласкес-Гарсия предлагает более простое решение: "Если вы хотите стол, то вы должны просто вырастить стол."

Исследователи из группы Веласкеса-Гарсии предложили способ выращивания определенных растительных тканей, таких как древесина и волокно, в лаборатории. Еще на ранних стадиях эта идея в чем—то сродни культивированному мясу-возможность упорядочить производство биоматериалов. Команда продемонстрировала эту концепцию, выращивая структуры из древесноподобных клеток из исходного образца клеток, извлеченных из листьев циннии.

Хотя это все еще далеко от выращивания таблицы, работа обеспечивает возможную отправную точку для новых подходов к производству биоматериалов, которые облегчают экологическое бремя лесного хозяйства и сельского хозяйства. "Способ, которым мы получаем эти материалы, не менялся веками и очень неэффективен",-говорит Веласкес-Гарсия. "Это реальный шанс обойти всю эту неэффективность."

Статья будет опубликована в журнале "Чистое производство". Эшли Беквит-ведущий автор и аспирант в области машиностроения. Соавторами являются соавторы Беквита Веласкес-Гарсия, главный научный сотрудник Лаборатории микросистемных технологий Массачусетского технологического института, и Джеффри Боренштейн, биомедицинский инженер в лаборатории Чарльза Старка Дрейпера.

Беквит говорит, что она всегда была очарована растениями, и вдохновение для этого проекта пришло, когда она недавно провела время на ферме. Она заметила ряд недостатков, присущих сельскому хозяйству—некоторые из них могут быть управляемы, как удобрения, осушающие поля, в то время как другие полностью выходят из-под контроля фермера, как погода и сезонность. Кроме того, только часть собранного растения фактически используется для производства продуктов питания или материалов.

"Это заставило меня задуматься: можем ли мы быть более стратегическими в отношении того, что мы получаем от нашего процесса? Можем ли мы получить больше прибыли за наши затраты?" - говорит Беквит. "Я хотел найти более эффективный способ использования земли и ресурсов, чтобы мы могли позволить большему количеству пахотных земель оставаться дикими или сохранить более низкую добычу, но обеспечить большее биоразнообразие." Итак, она принесла в лабораторию растительную продукцию.

Исследователи выращивали древесную растительную ткань в помещении, без почвы и солнечного света. Они начали с растения циннии, извлекая живые клетки из его листьев. Команда культивировала клетки в жидкой питательной среде, позволяя им метаболизироваться и пролиферировать. Затем они перенесли клетки в гель и "настроили" их, объясняет Веласкес-Гарсия. "Растительные клетки похожи на стволовые в том смысле, что они могут стать чем угодно, если их индуцировать."

Исследователи уговорили клетки вырастить жесткую, похожую на дерево структуру, используя смесь двух растительных гормонов, называемых ауксином и цитокинином. Варьируя уровни этих гормонов в геле, они контролировали выработку клетками лигнина-органического полимера, придающего древесине упругость. Беквит говорит, что она оценила клеточный состав и структуру конечного продукта с помощью флуоресцентной микроскопии. "Вы можете визуально оценить, какие клетки становятся одревесневшими, и вы можете измерить увеличение и удлинение клеток." Эта процедура продемонстрировала, что растительные клетки можно использовать в контролируемом производственном процессе, в результате чего получается материал, оптимизированный для определенной цели.

Веласкес-Гарсия рассматривает эту работу как расширение фокуса своей лаборатории на микротехнологиях и аддитивных технологиях производства, таких как 3d-печать. В этом случае растительные клетки сами делают печать с помощью гелевой питательной среды. В отличие от неструктурированной жидкой среды, гель действует как каркас для роста клеток в определенной форме. "Идея состоит не только в том, чтобы адаптировать свойства материала, но и в том, чтобы адаптировать форму с самого начала",-говорит Веласкес-Гарсия. Таким образом, он предвидит возможность в один прекрасный день вырастить стол, не требующий ни двух на четыре, ни клея для дерева.

Технология далека от рыночной готовности. "Вопрос в том, может ли технология масштабироваться и быть конкурентоспособной на экономической или жизненной основе", - говорит Дэвид Стерн, биолог растений из Корнельского университета, который не участвовал в исследованиях. Он добавляет, что расширение этого подхода "потребует значительных финансовых и интеллектуальных инвестиций", вероятно, как из государственных, так и из частных источников. Стерн также указывает на компромиссы в привлечении в лабораторию кусочков лесного и сельского хозяйства. —Сельское хозяйство использует солнечную энергию через фотосинтез и—за исключением орошаемых земель-естественные осадки. Он не требует зданий, тепла или искусственного освещения."

Исследователи признают, что для этих выращенных в лаборатории растительных тканей еще рано-команда будет продолжать тонко настраивать контрольные параметры, такие как уровень гормонов и рН геля, которые определяют свойства конечного материала. "Это действительно неизведанная территория",-говорит Веласкес-Гарсия. "Один нерешенный вопрос: как мы можем перевести этот успех на другие виды растений? Было бы наивно думать, что мы можем сделать то же самое для каждого вида. Может быть, у них разные ручки управления."

Беквит также предвидит проблемы в выращивании растительных тканей в больших масштабах, такие как облегчение газообмена в клетках. Команда надеется преодолеть эти барьеры путем дальнейших экспериментов и в конечном итоге построить производственные чертежи для выращенных в лаборатории продуктов, от древесины до волокон.

Это радикальное, но элегантное видение—"новая парадигма", согласно Боренштейну. - Здесь есть возможность воспользоваться достижениями в области микропроизводства и аддитивных технологий производства и применить их для решения некоторых действительно важных проблем в сельском хозяйстве."

ИСТОЧНИК