식물을 위한 마이크로니들 기반 약물 전달 기술

[아름이]

식물을 위한 마이크로니들 기반 약물 전달 기술
날짜:
2023년 3월 14일
원천:
싱가포르-MIT 연구 및 기술 연합(SMART)
요약:
농업 산업은 기후 변화로 인한 환경 조건 악화, 계속 증가하는 인구, 제한된 자원 및 경작지 부족으로 인해 자원을보다 효율적으로 사용할 수 있는 지속 가능하고 정확한 농업 관행을 채택해야 한다는 압력을 받고 있습니다. 결과적으로 작물에 미량 영양소, 살충제 및 항생제를 효율적으로 분배하는 전달 시스템을 개발하는 것은 자원 낭비를 최소화하면서 높은 생산성과 고품질 생산을 보장하는 데 중요합니다. 그러나 식물에 농약을 적용하는 현재 및 표준 관행은 비효율적입니다. 이러한 관행은 수질 및 토양 오염, 생물 다양성 손실 및 생태계 저하와 같은 중대한 유해한 환경 부작용을 일으킵니다. 호흡기 문제와 같은 공중 보건 문제,

전체 이야기
싱가포르-MIT 연구 및 기술 연합(SMART)의 DiSTAP(Disruptive & Sustainable Technologies for Agricultural Precision) 학제간 연구 그룹(IRG)의 연구원, 싱가포르의 MIT 연구 기업, Temasek 생명 과학 연구소(TLL)의 공동 작업자 및 MIT(Massachusetts Institute of Technology)는 식물을 위한 최초의 미세 바늘 기반 약물 전달 기술을 개발했습니다. 이 방법은 연구 목적으로 특정 식물 조직에 제어된 양의 농약을 정확하게 전달하는 데 사용할 수 있습니다. 현장에 적용하면 정밀 농업에 사용되어 작물 품질과 질병 관리를 개선할 수 있습니다.

기후 변화로 인한 환경 조건의 증가, 계속 증가하는 인구, 경작지의 부족 및 제한된 자원은 농업 산업이 자원(예: 물, 비료 및 살충제)의 보다 효율적인 사용을 촉진하는 보다 지속 가능하고 정확한 관행을 채택하도록 압력을 가하고 있습니다. ) 및 환경 영향의 완화. 작물에 미량 영양소, 살충제 및 항생제와 같은 농약을 효율적으로 배치하는 전달 시스템을 개발하면 높은 생산성과 고품질 생산을 보장하는 동시에 자원 낭비를 최소화하는 것이 중요합니다.

그러나 엽면 살포와 같은 식물의 농약 살포에 대한 현재 및 표준 관행은 비표적 살포, 빗속에서의 빠른 유출 및 활성제의 급속한 분해로 인해 비효율적입니다. 이러한 관행은 또한 수질 및 토양 오염, 생물 다양성 손실 및 생태계 저하와 같은 중대한 유해한 환경 부작용을 일으킵니다. 호흡기 문제, 화학 물질 노출 및 식품 오염과 같은 공중 보건 문제.

SMART가 개발한 새로운 실크 기반 마이크로니들 기술은 알려진 양의 페이로드를 식물의 심부 조직에 직접 배치하고 표적화함으로써 이러한 한계를 우회하여 식물 성장 효율을 높이고 질병 관리에 도움을 줄 것입니다. 이 기술은 식물에 장기적인 손상을 일으키지 않고 화합물을 전달하기 때문에 최소 침습적이며 환경적으로 지속 가능합니다. 자원 낭비를 최소화하고 환경의 농약 오염으로 인한 부작용을 완화합니다. 또한 정확한 농업 관행을 육성하고 식물을 연구하고 작물 특성을 설계하는 새로운 도구를 제공하여 식량 안보를 보장하는 데 도움이 될 것입니다.

Advanced Materials 2023년 1월호에 게재된 "Drug Delivery in Plants Using Silk Microneedles"라는 제목의 논문에 설명된 이 연구는 다양한 식물에 작은 화합물을 전달하는 데 사용되는 최초의 고분자 미세 바늘과 식물 반응을 연구합니다. 생체 재료 주입. 연구진은 유전자 발현 분석을 통해 마이크로니들 주입 후 약물 전달 반응을 면밀히 조사할 수 있었다. 최소한의 흉터 및 캘러스 형성이 관찰되었으며, 이는 식물에 대한 최소한의 주사 유발 상처를 시사합니다. 이 연구에서 제공된 개념 증명은 식물 생물학 및 농업에 식물 미세바늘을 적용할 수 있는 문을 열어 식물 생리학을 조절하고 페이로드의 효율적이고 효과적인 전달을 통해 신진대사를 연구할 수 있는 새로운 수단을 가능하게 합니다.

이 연구는 선택된 모델 식물인 애기장대(생쥐귀 유채과)의 전신 수송 시스템을 표적으로 하는 미세바늘의 설계를 최적화했습니다. 농업에서 널리 사용되는 식물 생장 조절제인 지베렐린산(GA3)이 배송용으로 선택되었습니다. 연구원들은 미세 바늘을 통해 GA3를 전달하는 것이 기존 방법(예: 엽면 살포)보다 성장 촉진에 더 효과적이라는 것을 발견했습니다. 그런 다음 유전적 방법을 사용하여 효과를 확인하고 이 기술이 채소, 곡물, 콩, 쌀을 포함한 다양한 식물 종에 적용 가능함을 입증했습니다.

이 논문의 공동 교신 저자이자 DiSTAP의 수석 연구원이자 MIT의 토목 및 환경 공학 부교수인 Benedetto Marelli 교수는 "이 기술은 낭비가 심한 현재의 농약 전달 방법에 비해 자원을 절약합니다. 응용 프로그램에서 미세 바늘은 조직 장벽을 뚫고 식물 내부에서 직접 화합물을 방출하여 농약 손실을 방지합니다.이 기술은 또한 사용되는 농약의 양을 정밀하게 제어하여 수확량을 최적화하는 첨단 정밀 농업 및 작물 성장을 보장합니다. "

"최초의 기술은 농업 산업에 혁신적입니다. 또한 자원 낭비와 환경 오염을 최소화합니다. 미래에는 자동화된 마이크로니들 적용이 가능해 첨단 실외 및 실내에서 이 기술을 사용할 수 있습니다. 정확한 농약 공급 및 질병 관리를 위한 농장"이라고 논문의 제1저자이자 MIT의 토목 및 환경 공학 박사후 연구원인 Yunteng Cao 박사가 덧붙였습니다.

"이 작업은 또한 생체 물질에 대한 식물 반응을 연구하기 위해 유전적 도구를 사용하는 것의 중요성을 강조합니다. 유전적 수준에서 이러한 반응을 분석하면 이러한 반응에 대한 포괄적인 이해를 제공하여 전 세계에서 사용할 수 있는 미래 생체 물질 개발을 위한 지침 역할을 합니다. AgriFood 산업"이라고 이 연구의 공동 제1저자이자 싱가포르 국립 대학교(NUS) 및 TLL의 박사 후보인 Sally Koh가 말했습니다.

이 논문의 공동 교신 저자인 Daisuke Urano 교수, TLL 수석 연구원 및 NUS 겸임 조교수는 "우리 연구는 농약 적용을 위한 실크 기반 미세 바늘의 사용을 검증했으며, 추가 개발을 기대합니다. 기술과 마이크로니들 디자인을 제조 및 상업화를 위한 확장 가능한 모델로 통합합니다. 동시에 우리는 사회에 상당한 영향을 미칠 수 있는 잠재적인 응용 프로그램을 적극적으로 조사하고 있습니다."

실크 미세 바늘을 사용한 식물에서의 약물 전달 연구는 MIT의 Benedetto Marelli 교수가 감독한 이전 연구를 확장했습니다. 원래 아이디어는 SMART와 MIT에 의해 고안되었습니다: Marelli 교수, Nam-Hai Chua 교수, DiSTAP의 공동 수석 연구원 및 Yunteng Cao 박사. TLL과 NUS의 연구원인 Urano Daisuke 교수와 Sally Koh는 생물학적 관점을 제공하기 위해 연구에 참여했습니다. 이 연구는 SMART가 수행하고 CREATE(Campus for Research Excellence And Technological Enterprise) 프로그램에 따라 NRF의 지원을 받습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/