利用新的模仿天然细胞外基质的具有成本效益的材料，科学家们捕捉到前所未见的个体植物细胞行为，包括新的形状和交互作用。新方法突出了植物组织工程的潜在发展。

这些是人工支架内伸展的植物细胞。

(图片来源：Smoukov/Wightman)

由纳米纤维聚合物制成的用于构造植物细胞的小型人工支架，让科学家们首次看到单个植物细胞的行为以及彼此如何在三维环境中相互作用。

这些“细胞的房子”模仿细胞外基质，基质细胞在生长之前分泌并分裂构成植物组织。与之前的‘平面’细胞培养相比，这个环境使科学家能够观察和记录到在更自然和多维的环境中单个植物细胞的变化。

研究小组惊讶地发现单个植物细胞附着并缠绕着周围的纤维支撑；穿过邻近细胞把自己包裹到人工支架，让人想起藤类植物的生长方式。

结合三维支架开发和成像技术的最新进展，开拓新的体外技术，科学家们说他们观察到在生长中的植物细胞，其复杂性远远超过之前所见过的植物细胞结构，那些活组织或细胞中培养的细胞。

“以前，培养中的植物细胞只有圆形或椭圆的形状。现在，我们已经看到培养的三维细胞的扭转和编织，以很明显的方式围绕着新的支撑，构建的形状我们之前从未想过可能会出现，而且从未在之前任何植物中见到过，”植物科学家和作者Raymond Wightman说。

“我们可以使用这个工具来探索整个植物是如何形成的，同时创造新的材料。”

单个植物细胞相互附着生长并以螺旋式围绕支撑物的能力表明，陆地植物的细胞保留着祖先的能力，保留着水生单细胞生物，如轮藻门藻类——保持自己的惰性结构。

类似“纳米支架”技术一直以来被用于哺乳动物细胞，推动了组织工程研究的进展，这是该技术第一次被用于植物细胞，让科学家们能够看到在三维空间，导致植物组织形成的单个细胞间的相互作用，。

科学家们说这项研究“定义了一套新的技术”，用于探索细胞与环境的交互作用，进一步了解可开发新型生物材料的基础植物生物学，并为可持续的生物量增长提出解决方案。

这项研究由来自剑桥大学塞恩斯伯里材料科学实验室和材料与冶金学院的一组科学家开展，目前结果被发表在开放获得的《BMC Plant Biology》期刊中。

“虽然我们可以深入了解单细胞的内部并了解它们的功能，当研究人员研究整个植物时，比如在完全成型的组织中，很难解决许多与细胞之间、与邻近细胞和自身行为之间复杂的相互作用，”Wightman说。

“直到现在，没有人曾试图把植物细胞放在人造纤维支架中，这些支架复制它们的自然环境，来试图观察它们与其他一两个细胞或与纤维自身的交互作用，”他说。

材料科学家Stoyan Smoukov博士同合著者表明，人工搭建的植物细胞从未被做尝试过的可能原因是三维纳米纤维基体的成本问题(在研究人类医学中哺乳动物细胞的潜力时被证明需要高成本)。

然而，Smoukov与别人共同发现，最近促进这个新方法商业化，利用“剪切旋压”方法大批量生产用于便宜3D支架的聚合物纤维，该技术类似于在纳米尺度创建棉花糖。研究人员能够使这样的支架适用于植物细胞。

该方法结合电子显微镜成像技术。事实上，使用延时摄影，研究人员甚至设法捕获了这些之前未见过细胞结构的4D形貌。”“这样的高分辨率动态图像使我们明白细胞内的过程，在细胞发展成组织的过程中，”Smoukov说，他已经在使用这种植物研究方法来研究哺乳动物的癌细胞。

新材料在线编译整理——翻译：Grubby     校正：摩天轮