O tecido vegetal cultivado em laboratório poderia diminuir o custo ambiental da extração de madeira e da agricultura? Pesquisadores do MIT cultivam estruturas feitas de células vegetais semelhantes à madeira em um laboratório, sugerindo a possibilidade de produção de biomaterial mais eficiente – ScienceDaily

Pesquisadores do grupo de Velásquez-García propuseram uma maneira de cultivar certos tecidos vegetais, como madeira e fibra, em um laboratório. Mesmo em seus estágios iniciais, a ideia é semelhante em alguns aspectos à carne de criação: uma oportunidade para otimizar a produção de biomateriais. A equipe demonstrou o conceito criando estruturas feitas de células semelhantes a madeira de uma amostra inicial de células retiradas de folhas de zínia.

Embora ainda haja um longo caminho a percorrer para cultivar uma mesa, o trabalho fornece um possível ponto de partida para novas abordagens para a produção de biomateriais que aliviam a carga ambiental da silvicultura e da agricultura. “A forma como obtemos esses materiais não mudou em séculos e é muito ineficiente”, diz Velásquez-García. “Esta é uma oportunidade real de evitar toda essa ineficiência.”

O artigo será publicado no Cleaner Production Magazine. Ashley Beckwith é autora principal e estudante de doutorado em engenharia mecânica. Os co-autores são os co-orientadores de Beckwith, Velásquez-García, cientista principal dos Laboratórios de Tecnologia de Microsistemas do MIT, e Jeffrey Borenstein, engenheiro biomédico do Laboratório Charles Stark Draper.

Beckwith diz que sempre foi fascinada por plantas e a inspiração para este projeto veio quando ela recentemente passou um tempo em uma fazenda. Ele observou uma série de ineficiências inerentes à agricultura: algumas podem ser gerenciadas, como a drenagem de fertilizantes dos campos, enquanto outras estão completamente fora do controle do agricultor, como clima e sazonalidade. Além disso, apenas uma fração da planta colhida é realmente usada para a produção de alimentos ou materiais.

“Isso me fez pensar: podemos ser mais estratégicos sobre o que obtemos com nosso processo? Podemos obter mais de nossas contribuições?” Beckwith diz. “Eu queria encontrar uma maneira mais eficiente de usar a terra e os recursos para que pudéssemos deixar mais áreas aráveis ​​para permanecerem selvagens ou para manter uma produção menor, mas permitir mais biodiversidade. Então, ele trouxe a produção da planta para o laboratório.

Os pesquisadores cultivaram tecidos de plantas semelhantes a madeira em ambientes fechados, sem solo ou luz solar. Eles começaram com uma planta zínia, extraindo células vivas de suas folhas. A equipe cultivou as células em um meio de crescimento líquido, o que lhes permitiu metabolizar e proliferar. Eles então transferiram as células para um gel e “as refinaram”, explica Velásquez-García. “As células vegetais são semelhantes às células-tronco no sentido de que podem se transformar em qualquer coisa se forem induzidas a isso.”

Os pesquisadores persuadiram as células a desenvolverem uma estrutura rígida semelhante à de madeira usando uma mistura de dois hormônios vegetais chamados auxina e citocinina. Variando os níveis desses hormônios no gel, eles controlavam a produção celular de lignina, um polímero orgânico que torna a madeira firme. Beckwith diz que avaliou a composição celular e estrutura do produto final usando microscopia de fluorescência. “Você pode avaliar visualmente quais células são lignificantes e você pode medir o aumento e o alongamento das células.” Esse procedimento demonstrou que as células vegetais podem ser utilizadas em um processo de produção controlado, resultando em um material otimizado para uma determinada finalidade.

Velásquez-García vê este trabalho como uma extensão do foco de seu laboratório em técnicas de microfabricação e manufatura aditiva, como a impressão 3D. Neste caso, as próprias células vegetais realizam a impressão com a ajuda do meio de crescimento em gel. Ao contrário de um meio líquido não estruturado, o gel atua como uma estrutura para as células crescerem em uma forma particular. “A ideia não é apenas adaptar as propriedades do material, mas também adaptar a forma desde a concepção”, diz Velásquez-García. Então, você visualiza a possibilidade de crescer uma mesa um dia, sem a necessidade de cola de madeira ou dois por quatro.

A tecnologia está longe de estar pronta para o mercado. “A questão é se a tecnologia pode escalar e ser competitiva em termos econômicos ou de ciclo de vida”, disse David Stern, biólogo vegetal da Universidade Cornell que não esteve envolvido na pesquisa. Ele acrescenta que expandir essa abordagem “exigiria um investimento financeiro e intelectual significativo”, provavelmente de fontes governamentais e privadas. Stern também aponta as vantagens e desvantagens de trazer peças florestais e agrícolas para o laboratório. “A agricultura usa a energia do sol por meio da fotossíntese e, exceto em terras irrigadas, da chuva natural. Não requer construções, calor ou luz artificial.”

Os pesquisadores reconhecem que ainda é cedo para esses tecidos de plantas cultivadas em laboratório: a equipe continuará a ajustar os controles, como os níveis hormonais e o pH do gel, que determinam as propriedades finais do material. “É um território realmente desconhecido”, diz Velásquez-García. “Uma questão pendente é: como traduzir esse sucesso para outras espécies de plantas? Seria ingênuo pensar que podemos fazer o mesmo para cada espécie. Talvez eles tenham botões de controle diferentes.”

Beckwith também antecipa desafios no crescimento do tecido vegetal em grande escala, como facilitar a troca gasosa para as células. A equipe espera superar essas barreiras por meio de mais experiências e, eventualmente, construir planos de produção para produtos cultivados em laboratório, de madeira a fibras.

É uma visão radical, mas elegante: “um novo paradigma”, segundo Borenstein. “Há uma oportunidade aqui de aproveitar os avanços nas tecnologias de microfabricação e manufatura aditiva e aplicá-los para resolver alguns problemas realmente grandes na agricultura.”

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pelo Draper Fellow Program.