L’inchiostro di stampa 3D batterico “Flink” dell’ETH di Zurigo può stampare nuova pelle per le vittime di ustioni
I ricercatori dell’Istituto federale svizzero di tecnologia di Zurigo l’ETH Zurich hanno sviluppato un inchiostro biocompatibile per la stampa 3D con batteri viventi. L’innovazione consente di produrre cellulosa biomedicale di elevata purezza o materiali biologici in grado di abbattere sostanze tossiche.
Scegliere un filamento per stampa 3D è generalmente come qualsiasi altra esperienza di acquisto: scegli il tuo preferito in base alle sue prestazioni e all’applicazione richiesta. Ma immagina se la scelta di un materiale di stampa 3D fosse più come andare al negozio di animali che al negozio di ferramenta …
Questo è un futuro previsto dai ricercatori dell’università svizzera ETH di Zurigo, che hanno sviluppato una piattaforma di stampa 3D che stampa con batteri viventi – batteri buoni, non del tipo associato alla malattia – che conferisce alle strutture stampate in 3D proprietà funzionali incredibilmente utili.
Hanno chiamato il loro incredibile inchiostro 3D stampabile “Flink”, che significa “inchiostro vivente funzionale”.
Secondo questi ricercatori, Flink offre un enorme potenziale per la biochimica e la biomedicina. La scelta delle specie di batteri influisce sulle proprietà fisiche di ciò che i ricercatori chiamano “fabbriche biochimiche” o “minifattori” stampate in 3D, che possono essere stampate sulla piattaforma e utilizzate per realizzare cose come la pelle artificiale.
Il gruppo di ricerca ha già sperimentato due diversi batteri: Pseudomonas putida , che può abbattere il fenolo chimico tossico, prodotto su larga scala dall’industria chimica, e l’ acetobacter xilina , che secerne la nanocellulosa di elevata purezza che può fornire al dolore sollievo e ritenzione dell’umidità che lo rendono utile per il trattamento delle ustioni.
Questo, tuttavia, è solo la punta dell’iceberg batterico. La nuova piattaforma di stampa 3D può essere utilizzata per stampare fino a quattro diversi inchiostri batterici in un’unica passata. E alterando con precisione le concentrazioni di ogni specie di batteri, gli oggetti possono essere stampati con differenti proprietà fisiche e funzionali.
L’inchiostro stampabile 3D contenente queste specie di batteri è costituito da un idrogel biocompatibile (contenente acido ialuronico, molecole di zucchero a catena lunga e silice pirogenica), che fornisce all’inchiostro la sua forma stampabile. Un terreno di coltura misto contenente zuccheri mantiene vivo il mix scelto di batteri.
E quel mix può potenzialmente fare cose geniali. Per cominciare, l’inchiostro batterico potrebbe essere utilizzato per applicazioni biomediche avanzate come il trattamento di vittime di ustioni e altri pazienti, con la piattaforma di stampa 3D in grado di fabbricare patch per ferite 3D a base di cellulosa per il trattamento di varie lesioni. La cellulosa stampata in 3D potrebbe anche essere utilizzata per trapianti di pelle, biosensori e involucri tissutali, con la neutralità della sostanza che lo rende improbabile che venga respinto dal corpo umano.
Ma gli usi per l’inchiostro stampabile 3D vanno oltre l’ospedale. Strutture batteriche stampate in 3D potrebbero essere utilizzate per studiare i processi di degradazione o la formazione di biofilm, o anche utilizzate come sensori per rilevare le tossine nell’acqua potabile. I “filtri” batterici stampati in 3D potrebbero essere utilizzati anche nelle fuoriuscite di petrolio.
Una delle maggiori sfide nello sviluppo della piattaforma di stampa 3D bio è stata la creazione di un idrogel con le giuste proprietà di flusso per la stampa 3D. Troppo che cola e il materiale non forma una forma solida; troppo spesso e l’ugello della stampante 3D non è in grado di elaborarlo. Ma queste sono solo le sfide quotidiane dei normali materiali di stampa 3D; i ricercatori dovevano anche assicurarsi che l’idrogel consentisse ai batteri viventi di muoversi liberamente.
Le proprietà fisiche ideali di un inchiostro riempito di batteri 3D stampabile? Viscosi come il dentifricio e la consistenza della crema per le mani Nivea, almeno così dicono i ricercatori.
Quella non era l’unica sfida, comunque. Un altro ostacolo a lungo termine per i ricercatori è il superamento dei tempi di stampa lenti e la difficile scalabilità della stampa 3D con i batteri. È qualcosa che dovranno fare se vogliono implementare il loro processo su una scala più ampia.
Inoltre, i ricercatori non sanno ancora per quanto tempo i loro “minifattori” stampati in 3D possono sopravvivere, ma – poiché i batteri non hanno bisogno di molto per sopravvivere – presumono che sia molto tempo.
La ricerca “Stampa 3D di batteri in materiali complessi funzionali” è stata pubblicata su Science Advances . I suoi autori erano Manuel Schaffner, Patrick A. Rühs, Fergal Coulter, Samuel Kilcher e André R. Studart.
