Istraživači iz Interdisciplinarne istraživačke grupe (IRG) Disruptive & Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP) Singapur-MIT Alijanse za istraživanje i tehnologiju (SMART), MIT-ovog istraživačkog preduzeća u Singapuru, i njihovi saradnici iz Temasek Life Sciences Laboratori (TLL) i Tehnološki institut Masačusetsa (MIT) razvio je prvu tehniku davanja lekova za biljke zasnovanu na mikroigli.
Metoda se može koristiti za precizno isporuku kontrolisanih količina agrohemikalija u specifična biljna tkiva u istraživačke svrhe. Kada se primenjuje na terenu, može se koristiti u preciznoj poljoprivredi za poboljšanje kvaliteta useva i upravljanja bolestima.
Sve veći uslovi životne sredine uzrokovani klimatskim promenama, stalno rastuća ljudska populacija, nedostatak obradivog zemljišta i ograničeni resursi vrše pritisak na poljoprivrednu industriju da usvoji održivije i preciznije prakse koje podstiču efikasnije korišćenje resursa (npr. voda, đubriva i pesticidi) i ublažavanje uticaja na životnu sredinu. Razvoj sistema za isporuku koji efikasno koriste agrohemikalije kao što su mikronutrijenti, pesticidi i antibiotici u usevima pomoći će da se obezbedi visoka produktivnost i visok kvalitet proizvoda, dok je gubitak resursa minimiziran.
Međutim, trenutne i standardne prakse za agrohemijsku primenu u biljkama, kao što je folijarno prskanje, su neefikasne zbog primene van cilja, brzog oticanja na kiši i brze degradacije aktivnih supstanci. Ove prakse takođe izazivaju značajne štetne sporedne efekte na životnu sredinu, kao što su zagađenje vode i zemljišta, gubitak biodiverziteta i degradirani ekosistemi; i zabrinutosti za javno zdravlje, kao što su respiratorni problemi, izloženost hemikalijama i kontaminacija hrane.
Nova tehnika mikroiglica na bazi svile koju je razvio SMART zaobilazi ova ograničenja raspoređivanjem i ciljanjem poznate količine korisnog tereta direktno u duboka tkiva biljke, što će dovesti do veće efikasnosti rasta biljaka i pomoći u upravljanju bolestima. Tehnika je minimalno invazivna jer isporučuje jedinjenje bez nanošenja dugotrajne štete biljkama i ekološki je održiva. Minimizira gubitak resursa i ublažava štetne sporedne efekte uzrokovane agrohemijskom kontaminacijom životne sredine. Pored toga, to će pomoći u negovanju preciznih poljoprivrednih praksi i obezbediti nove alate za proučavanje biljaka i dizajniranje osobina useva, pomažući da se obezbedi sigurnost hrane.
Opisano u radu pod naslovom „Dostava lekova u biljke koje koriste svilene mikroigle“, objavljenom u izdanju Advanced Materials iz januara 2023., istraživanje proučava prve polimerne mikroigle koje se koriste za isporuku malih jedinjenja velikom broju biljaka i reakciju biljaka na ubrizgavanje biomaterijala. Kroz analizu genske ekspresije, istraživači su mogli pažljivo ispitati reakcije na isporuku leka nakon injekcije mikroiglom. Uočeno je minimalno formiranje ožiljaka i kalusa, što ukazuje na minimalno ranjavanje biljke izazvano injekcijom. Dokaz koncepta koji je dat u ovoj studiji otvara vrata primeni biljnih mikroiglica u biljnoj biologiji i poljoprivredi, omogućavajući nova sredstva za regulaciju fiziologije biljaka i proučavanje metabolizma putem efikasnog i efektivnog isporuka tereta.
Studija je optimizovala dizajn mikroiglica za ciljanje sistemskog transportnog sistema kod Arabidopsis (mišjeg uha), izabrane modelne biljke. Za isporuku je odabrana giberelična kiselina (GA3), regulator rasta biljaka koji se široko koristi u poljoprivredi. Istraživači su otkrili da je isporuka GA3 kroz mikroigle efikasnije u promovisanju rasta od tradicionalnih metoda (kao što je folijarni sprej). Zatim su potvrdili efikasnost korišćenjem genetskih metoda i pokazali da je tehnika primenljiva na različite biljne vrste, uključujući povrće, žitarice, soju i pirinač.
Profesor Benedetto Marelli, ko-korespondentni autor rada, glavni istraživač u DiSTAP-u i vanredni profesor građevinarstva i inženjerstva zaštite životne sredine na MIT-u, rekao je: „Tehnika štedi resurse u poređenju sa trenutnim metodama agrohemijske isporuke, koje pate od rasipanja. Tokom primenom, mikroigle probijaju barijere tkiva i oslobađaju jedinjenja direktno unutar biljaka, izbegavajući agrohemijske gubitke.Tehnika takođe omogućava preciznu kontrolu količine upotrebljene agrohemikalije, obezbeđujući visokotehnološku preciznu poljoprivredu i rast useva radi optimizacije prinosa. “
„Prva tehnika ove vrste je revolucionarna za poljoprivrednu industriju. Takođe minimizira rasipanje resursa i zagađenje životne sredine. U budućnosti, sa automatizovanom primenom mikroigla kao mogućnošću, tehnika se može koristiti u visokotehnološkim otvorenim i zatvorenim prostorima. farme za preciznu agrohemijsku isporuku i upravljanje bolestima“, dodao je dr Iunteng Cao, prvi autor rada i postdoktorski saradnik za građevinarstvo i inženjerstvo životne sredine na MIT-u.
„Ovaj rad takođe naglašava važnost korišćenja genetskih alata za proučavanje odgovora biljaka na biomaterijale. Analiza ovih odgovora na genetskom nivou nudi sveobuhvatno razumevanje ovih odgovora, čime služi kao vodič za razvoj budućih biomaterijala koji se mogu koristiti širom sveta. AgriFood industrija“, rekla je Sali Koh, koautor ovog rada i dr. kandidat sa Nacionalnog univerziteta Singapura (NUS) i TLL.
Budućnost se čini obećavajućom jer je profesor Daisuke Urano, ko-korespondentni autor rada, glavni istraživač TLL-a i pomoćni docent NUS-a, objasnio: „Naše istraživanje je potvrdilo upotrebu mikroiglica na bazi svile za agrohemijsku primenu, i radujemo se daljem razvoju tehniku i dizajn mikroigle u skalabilan model za proizvodnju i komercijalizaciju. Istovremeno, mi takođe aktivno istražujemo potencijalne aplikacije koje bi mogle imati značajan uticaj na društvo.“
