В отличие от клеток животных, биопечать с использованием клеток растительной ткани по-прежнему находится в слабо развитом состоянии и до сих пор не изучена. Одним из основных преимуществ растительных клеток является то, что все ткани и органы могут быть получены из тотипотентных меристематических клеток. Применение биопечати может помочь в получении растений заданных форм и размеров, а также послужить для массового производства желаемых тканей, редких видов лекарственных растений или даже производства на растительной основе биоматериала для промышленного использования. При этом возможна как печать меристематическими (тотипатентными) клетками высших растений, так и клетками водорослей или даже цианобактерий.

Растительные клетки и ткани могут жить, расти и дифференцироваться искусственно in vitro при помещении их в подходящую среду, которая содержит макро- и микроэлементы, углеводы, витамины и фитогормоны. Наиболее часто используемая базальная среда Мурасиге и Скуга (МС) пригодна для формирования и роста каллуса, дифференциации тканей у большинства двудольных растений. Среда Гамборга и Эвелега может быть применена для семейств Fabaceae и Poaceae. Среда Уайта вызывает укоренение побегов и нормальный рост стебля после регенерации. Для водорослей можно использовать основную среду Болда.

Для успешного роста растительных клеток, образования тканей и для предотвращения их повреждения и гибели, суспензию культуры необходимо поместить в гидрогель или жидкую среду. Также гидрогели являются наиболее предпочтительными материалами для биопечати. В биопечати растительными клетками гидрогели выполняют функцию формирования облика растения до дифференциации его клеток.

В биопечати растительными клетками есть несколько подходов - это двухмерная (однослойная) и трехмерная (многослойная) печать. При однослойной печати клетки помещаются на плоский шаблон из гидрогеля с питательной средой. Возможно также внесение клеток в материал для печати до формирования шаблона. Трехмерная печать подразумевает послойное нанесение гидрогеля и суспензии клеток на среду двумя экструдерами. Также есть возможность печати и одним экструдером, в случае, если клетки предварительно внесены в гидрогель. Обычно среда для роста растительных клеток в биопечати имеет градиент концентрации фитогормонов для управления дифференциацией клеток в шаблоне.

Методы биопечати микроводорослей в гидрогеле могут принести преимущества для существующих биотехнологических производств в таких процессах, как сбор продукции и иммобилизация, выборочное влияние различных веществ на рост и развитие культуры методами градиентной концентрации среды. К тому же, этот подход открывает дополнительные возможности для новых, ориентированных на будущее технологий, таких как использование микроводорослей или других растительных клеток в медицине. Сокультивация их в непосредственной близости от человеческих клеток может обеспечить постоянный приток кислорода или вторичных метаболитов без необходимости внешнего питания.

Биопечать растительными материалами имеет высокий потенциал для использования в декоративных и сельскохозяйственных целях, а также для биотехнологического производства. Основная концепция биопечати с использованием растительных клеток - точное их расположение в подходящем месте области печати (2D) или объема (3D), что позволит клеткам дифференцироваться под воздействием состава среды, в том числе фитогормонов, в конкретные ткани и органы (т.е. прямой органогенез). При достаточной разработанности методик растительной биопечати в заранее заданную форму, открываются огромные возможности в дизайне декоративных растений, таких как бонсай или цветы в пробирке. Можно также предположить, что растительные ткани могут быть распечатаны в качестве основы для производства натуральных материалов, например, выращенных в лаборатории деревянных досок или блоков для строительства. При этом уменьшится вырубка лесов, поскольку уникальные блоки из дерева редкой и ценной древесины можно распечатать в лаборатории. При этом они не ограничены, ни толщиной ствола, формой, ни размером.

Автор — М.Ю. Кухарук.