Más impresión en 3D de bacterias vivas

Investigadores del ETH han desarrollado una tinta biocompatible para impresión 3D utilizando bacterias vivas.

Esto hace posible la producción de materiales biológicos capaces de descomponer sustancias tóxicas o producir celulosa de alta pureza para aplicaciones biomédicas.

Pronto no habrá nada que no se pueda producir con impresión 3D.

Sin embargo, los materiales utilizados para este proceso todavía son “materia muerta”, como plásticos o metales.

Un grupo de investigadores del ETH dirigido por el Profesor André Studart, Jefe del Laboratorio de Materiales Complejos, ha presentado una nueva plataforma de impresión 3D que funciona utilizando materia viva.

Los investigadores desarrollaron una tinta que contiene bacterias que permite imprimir mini fábricas bioquímicas con ciertas propiedades, según la especie de bacteria que los científicos pongan en la tinta.

Los miembros del grupo de Studart y los autores Patrick Rühs y Manuel Schaffner utilizaron bacterias Pseudomonas putida y Acetobacter xylinum en su trabajo.

La primera puede descomponer el fenol químico tóxico, que se produce a gran escala en la industria química, mientras que la segunda secreta nanocelulosa de alta pureza.

Esta celulosa bacteriana alivia el dolor, retiene la humedad y es estable, lo que abre posibles aplicaciones en el tratamiento de quemaduras.

La nueva plataforma de impresión de los investigadores de ETH ofrece numerosas combinaciones potenciales.

En una sola pasada, los científicos pueden usar hasta cuatro tintas diferentes que contengan diferentes especies de bacterias en diferentes concentraciones para producir objetos que exhiban varias propiedades.

La tinta está compuesta de un hidrogel biocompatible que proporciona estructura.

El hidrogel en sí está compuesto de ácido hialurónico, moléculas de azúcar de cadena larga y sílice pirogénica.

El medio de cultivo para la bacteria se mezcla en la tinta para que la bacteria tenga todos los requisitos previos para la vida.

Usando este hidrogel como base, los investigadores pueden agregar bacterias con el “rango de propiedades” deseado y luego imprimir cualquier estructura tridimensional que les guste.

Durante el desarrollo del hidrogel que contiene bacterias, las propiedades de flujo del gel plantearon un desafío particular: la tinta debe ser lo suficientemente fluida como para ser forzada a través de la boquilla de presión.

La consistencia de la tinta también afecta la movilidad de la bacteria.

Cuanto más rígida es la tinta, más difícil es para ella moverse.

Sin embargo, si el hidrogel es demasiado rígido, la Acetobacter secreta menos celulosa.

Al mismo tiempo, los objetos impresos deben ser lo suficientemente resistentes como para soportar el peso de las capas siguientes.
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Si son demasiado fluidos, no es posible imprimir estructuras estables, ya que se colapsan por el peso que se ejerce sobre ellos.

“La tinta debe ser tan viscosa como la pasta de dientes y tener la consistencia de la crema de manos Nivea”, así es como Schaffner describe la fórmula exitosa.

Los científicos han llamado a su nuevo material de impresión “Flink”, que significa “tinta viviente funcional”, y recientemente presentó la técnica en la revista Science Advances.

Hasta ahora, los científicos materiales no han estudiado la vida útil de las minifábricas impresas.

“Como las bacterias requieren muy poco recursos, suponemos que pueden sobrevivir en estructuras impresas durante mucho tiempo”, dice Rühs.

Sin embargo, la investigación aún se encuentra en sus etapas iniciales.

“La impresión con hidrogeles que contienen bacterias tiene un enorme potencial, ya que existe una gran variedad de bacterias útiles”, dice Rühs.

Culpa a la mala reputación de los microorganismos por la falta casi total de investigación existente sobre métodos aditivos que usan bacterias.

“La mayoría de la gente asocia bacterias con enfermedades, pero en realidad no podríamos sobrevivir sin bacterias”, dice.

Sin embargo, los investigadores creen que su nueva tinta es completamente segura. Las bacterias que usan son inofensivas y beneficiosas.

Sensores para sustancias tóxicas y filtros para derrames de petróleo
además de las aplicaciones médicas y biotecnológicas, los investigadores prevén muchos otros usos potenciales.

Por ejemplo, objetos de este tipo se pueden usar para estudiar procesos de degradación o formación de biopelículas.

Una aplicación práctica podría ser un sensor impreso en 3D que contiene bacterias y podría detectar toxinas en el agua potable.

Otra idea sería crear filtros que contengan bacterias para su uso en derrames de petróleo desastrosos.

En primer lugar, será necesario superar los desafíos del lento tiempo de impresión y la difícil escalabilidad.

Actualmente, Acetobacter tarda varios días en producir celulosa para aplicaciones biomédicas.

Sin embargo, los científicos están convencidos de que pueden optimizar aún más y acelerar los procesos.

El desarrollo de materiales especiales para la impresión 3D es una especialidad del grupo de investigación del profesor ETH André Studart.

Por ejemplo, él y su equipo interdisciplinario también han desarrollado una tinta imprimible de alta porosidad hecha de cerámica, que permite la impresión de estructuras similares a huesos muy livianas utilizadas para la producción de energía.

Fuente: ETH