¿Podría el tejido vegetal cultivado en laboratorio aliviar el costo ambiental de la tala y la agricultura?

e necesita mucho para hacer una mesa de madera. Cultiva un árbol, córtalo, transpórtalo, muévelo ... ya entiendes. Es un proceso de décadas. Luis Fernando Velásquez-García sugiere una solución más simple: "Si quieres una mesa, entonces debes cultivar una mesa".

Investigadores del grupo de Velásquez-García han propuesto una forma de cultivar ciertos tejidos vegetales, como madera y fibra, en un laboratorio. Aún en sus primeras etapas, la idea es similar en algunos aspectos a la carne cultivada: una oportunidad para optimizar la producción de biomateriales. El equipo demostró el concepto mediante el cultivo de estructuras hechas de células similares a la madera a partir de una muestra inicial de células extraídas de hojas de zinnia.

Si bien aún queda mucho para hacer crecer una mesa, el trabajo proporciona un posible punto de partida para enfoques novedosos para la producción de biomateriales que alivian la carga ambiental de la silvicultura y la agricultura. “La forma en que obtenemos estos materiales no ha cambiado en siglos y es muy ineficiente”, dice Velásquez-García. "Esta es una oportunidad real de evitar toda esa ineficiencia".

El artículo se publicará en el Journal of Cleaner Production . Ashley Beckwith es autora principal y estudiante de doctorado en ingeniería mecánica. Los coautores son los co-asesores de Beckwith, Velásquez-García, científico principal de los Laboratorios de tecnología de microsistemas del MIT, y Jeffrey Borenstein, ingeniero biomédico del Laboratorio Charles Stark Draper.

Beckwith dice que siempre le han fascinado las plantas, y la inspiración para este proyecto le llegó cuando recientemente pasó un tiempo en una granja. Observó una serie de ineficiencias inherentes a la agricultura: algunas se pueden manejar, como el drenaje de fertilizantes de los campos, mientras que otras están completamente fuera del control del agricultor, como el clima y la estacionalidad. Además, sólo una fracción de la planta cosechada se utiliza realmente para la producción de alimentos o materiales.

“Eso me hizo pensar: ¿Podemos ser más estratégicos sobre lo que estamos obteniendo de nuestro proceso? ¿Podemos obtener más rendimiento de nuestros insumos? "Dice Beckwith. “Quería encontrar una manera más eficiente de usar la tierra y los recursos para que pudiéramos dejar más áreas cultivables que permanecieran silvestres, o mantener una menor producción pero permitir una mayor biodiversidad”. Entonces, llevó la producción de plantas al laboratorio.

Los investigadores cultivaron tejido vegetal similar a la madera en interiores, sin tierra ni luz solar. Comenzaron con una planta de zinnia, extrayendo células vivas de sus hojas. El equipo cultivó las células en un medio de crecimiento líquido, lo que les permitió metabolizar y proliferar. A continuación, transfirieron las células a un gel y las “afinaron”, explica Velásquez-García. "Las células vegetales son similares a las células madre en el sentido de que pueden convertirse en cualquier cosa si se las induce a hacerlo".

Los investigadores persuadieron a las células para que desarrollaran una estructura rígida similar a la de la madera utilizando una mezcla de dos hormonas vegetales llamadas auxina y citoquinina. Al variar los niveles de estas hormonas en el gel, controlaron la producción de lignina de las células, un polímero orgánico que da firmeza a la madera. Beckwith dice que evaluó la composición celular y la estructura del producto final utilizando microscopía de fluorescencia. "Puede evaluar visualmente qué células se están lignificando y puede medir el agrandamiento y elongación de las células". Este procedimiento demostró que las células vegetales se pueden utilizar en un proceso de producción controlado, lo que da como resultado un material optimizado para un propósito particular.

Velásquez-García ve este trabajo como una extensión del enfoque de su laboratorio en técnicas de microfabricación y fabricación aditiva como la impresión 3D. En este caso, las propias células vegetales realizan la impresión con la ayuda del medio de crecimiento en gel. A diferencia de un medio líquido no estructurado, el gel actúa como un andamio para que las células crezcan en una forma particular. “La idea no es solo adaptar las propiedades del material, sino también adaptar la forma desde la concepción”, dice Velásquez-García. Por lo tanto, prevé la posibilidad de cultivar una mesa algún día, sin necesidad de dos por cuatro o pegamento para madera.

La tecnología está lejos de estar lista para el mercado. “La pregunta es si la tecnología puede escalar y ser competitiva en términos económicos o de ciclo de vida”, dice David Stern, biólogo de plantas y presidente del Instituto Boyce Thompson, que no participó en la investigación. Agrega que la ampliación de este enfoque "requeriría una inversión financiera e intelectual significativa", probablemente tanto de fuentes gubernamentales como privadas. Stern también señala las ventajas y desventajas de llevar piezas de silvicultura y agricultura al laboratorio. “La agricultura utiliza la energía del sol a través de la fotosíntesis y, excepto en las tierras de regadío, la lluvia natural. No requiere edificios, calor o luz artificial".

Los investigadores reconocen que aún es pronto para estos tejidos vegetales cultivados en laboratorio: el equipo seguirá afinando los controles, como los niveles hormonales y el pH del gel, que dan lugar a las propiedades finales del material. “Es un territorio realmente inexplorado”, dice Velásquez-García. “Una pregunta pendiente es: ¿Cómo trasladamos este éxito a otras especies vegetales? Sería ingenuo pensar que podemos hacer lo mismo con cada especie. Quizás tengan diferentes botones de control".

Beckwith también anticipa desafíos en el crecimiento de tejidos vegetales a gran escala, como facilitar el intercambio de gases a las células. El equipo espera superar estas barreras mediante una mayor experimentación y eventualmente construir planos de producción para productos cultivados en laboratorio, desde madera hasta fibras.

Es una visión radical pero elegante: "un nuevo paradigma", según Borenstein. "Aquí hay una oportunidad para aprovechar los avances en las tecnologías de microfabricación y fabricación aditiva y aplicarlos para resolver algunos problemas realmente importantes en el campo de la agricultura".

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