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Presentamos un método novedoso para la replicación de la microestructura de la superficie radicular. Este método se basa en los métodos existentes de replicación de microestructura de superficie de hoja4. Para desarrollar este método, tuvimos que ajustar el método existente para las hojas. Nos dimos cuenta de que el paso problemático en la copia del método de replicación de hojas en raíces implica el primer paso del moldeo de raíz. Esta es la parte más sensible del método, ya que involucra el tejido biológico. Como resultado, queríamos elegir un polímero que exigiría condiciones relativamente suaves para el curado y por lo tanto causar un daño mínimo al tejido biológico. Elegimos el poliuretano porque se puede polimerizar rápidamente (dentro de 10 min) bajo la luz UV29. Además, es muy difícil una vez polimerizado30 y esperábamos que esta propiedad permitiría la eliminación relativamente fácil de la raíz del molde de poliuretano.
El método presentado es un enfoque de dos pasos en el que la imagen negativa (réplica negativa) se forma en el primer paso y la replicación se forma en el segundo paso, en función de la réplica negativa. Esto amplía la gama de materiales con los que podemos trabajar. La replicación de la microestructura de superficie de hoja se realizó principalmente en MATERIALES PDMS o epoxi11,,31. Se realizó un poco de trabajo con otros materiales, específicamente materiales que apoyan el crecimiento de microorganismos13,,32. Esto se debe a que en los últimos años este método se ha utilizado para estudiar las interacciones microorganismo-superficie en el contexto de la estructura de la superficie de la hoja. Sin embargo, no se han utilizado materiales similares a la celulosa en este método en el contexto de las hojas. Sugerimos el uso de una réplica negativa de poliuretano como un molde y una variedad de materiales para la réplica positiva. En otras palabras, hacer la réplica positiva, de una variedad de materiales, es relativamente fácil una vez que se hace una buena réplica negativa. Actualmente utilizamos derivados de celulosa, pero estamos explorando las posibilidades de utilizar materiales más relevantes para la superficie de la raíz como pectina y lignina33,,34 en combinación con derivados de celulosa.
El método también se expande sobre el método existente de replicación de microestructura de superficie de hoja, ya que la hoja es una superficie 2D mientras que la superficie de la raíz es curva y, por lo tanto, es una superficie 3D. Nuestro método no permite la replicación de toda la superficie ya que la incrustación de toda la raíz en la solución de poliuretano no permite su liberación. Por lo tanto, se debe elegir un lado de la raíz al replicar la microestructura de la superficie raíz. La superficie sintética generada es curva y representa aproximadamente la mitad de la superficie, pero no toda ella. Nuestra suposición es que las características estructurales de la superficie de la raíz son en su mayoría simétricas sobre el eje a lo largo de la longitud de la raíz. Sin embargo, en estudios en los que no se asume dicha simetría, se debe tener cuidado de elegir la raíz lateral adecuada para replicar.
Presentamos dos opciones para que las raíces se utilicen como moldes. La primera es la opción de raíces adventicias cultivadas a partir del tallo y la segunda es la opción de raíces germinadas en papel. La primera opción está destinada principalmente a ayudar a los investigadores en la práctica del método, ya que estas raíces son más robustas y más fáciles de trabajar. La segunda opción representa las diferencias genéticas que se pueden encontrar entre las raíces de diferentes cultivares, independientemente de las condiciones ambientales. Estas superficies se pueden utilizar como herramientas de investigación importantes, sin embargo, hay que ser conscientes de que el medio ambiente puede tener una fuerte influencia en la estructura de la superficie de la raíz, específicamente el suelo en el que se cultivan las raíces35,,36. Debido al estrés mecánico infligido por el suelo, algunos cambios morfológicos están destinados a ocurrir, además de heridas que se acumulan en la superficie a medida que la raíz penetra en el suelo37. La eliminación de las raíces del suelo, así como la limpieza de ellas, sin dañar su estructura es una tarea muy difícil. Por lo tanto, no somos optimistas en cuanto a la capacidad de utilizar este método para imitar de forma fiable la microestructura superficial de la raíz de las raíces cultivadas en el suelo. Sin embargo, para la investigación que se centra en las diferencias genéticas o diferencias ambientales donde el cambio en la microestructura es notablemente claro, este método se puede utilizar como una herramienta para estudiar la influencia de la microestructura de la superficie de la raíz.
Nuestro método produce una superficie inerte imitando sólo las propiedades microestructurales de la superficie de la raíz. Si bien este método está diseñado para separar los efectos estructurales en las interacciones root-ambiental de todos los demás efectos, no podemos ignorar los compuestos químicos en esas interacciones. Algunos microorganismos pueden no sobrevivir o funcionar en la superficie sin la adición de compuestos, específicamente nutrientes. El siguiente paso en el desarrollo de esta plataforma será la adición controlada de compuestos químicos para estudiar sus efectos en las diferentes interacciones cuando se combina con la estructura.
Este método fue desarrollado como un primer paso en el desarrollo de una plataforma sintética para estudiar las interacciones entre la raíz y el microorganismo. Aquí imitamos la microestructura de la superficie de la raíz y esta plataforma inicial se puede utilizar para estudiar la influencia de la microestructura superficial en el comportamiento del microorganismo. Sin embargo, esta plataforma es limitada ya que carece de muchos otros elementos del sistema natural. Esta plataforma debe desarrollarse aún más con el uso de los materiales adecuados para generar la superficie y con la adición de otros productos químicos críticos en el sistema. En una plataforma más avanzada, también podemos imaginar la distribución espacial de los productos químicos. Sin embargo, dado que actualmente no existe ningún otro método para aislar los efectos estructurales en las interacciones entre la raíz y el microorganismo, esperamos que los investigadores puedan utilizar esta plataforma inicial para hacer preguntas específicas de la estructura en esas interacciones.