Creazione di materiali viventi tramite batteri e stampa 3D
In un documento intitolato ” Biofilm di Bacillus subtilis programmabili e stampabili come materiali di costruzione ingegnerizzati “, un team di ricercatori discute su come hanno usato la stampa 3D per produrre biomateriali su scala nanometrica dalla secrezione naturale delle fibre amiloidi dal batterio Bacillus subtilis. I batteri generano biofilm secernendo le fibre amiloidi attraverso un gruppo di geni strettamente controllati chiamato l’operatore tapA-sipW-tasA. TapA nuclea l’assemblaggio extracellulare delle proteine TasA per creare le nanofibre amiloidi che conferiscono al biofilm la sua integrità strutturale. I ricercatori sono stati in grado di modificare geneticamente la proteina TasA e introdurre gruppi chimici funzionali sulle fibre TasA espulse dai batteri. Ciò significa che i film batterici potrebbero essere progettati per fungere da materiali viventi funzionali.
I ricercatori sono stati in grado di ingegnerizzare i batteri per secernere fibre contenenti gruppi funzionali enzimatici in prodotti innocui. Hanno anche combinato i biofilm prodotti con ceppi batterici multipli, che ha permesso loro di eseguire una degradazione in due fasi del paraossano dei pesticidi. Questo dimostra il potenziale per la produzione di materiali efficienti ed eco-compatibili.
Oltre a mostrare le capacità funzionali dei biofilm, i ricercatori hanno anche studiato la loro processabilità come materiali. Grazie alle proprietà viscoelastiche dei biofilm, sono particolarmente adatti alla stampa 3D. La modifica dei gruppi funzionali sugli enzimi secretati non ha impedito la processabilità dei biofilm, consentendo invece ai ricercatori di mettere a punto le loro proprietà viscoelastiche per le applicazioni di stampa 3D.
“In una serie di dimostrazioni proof-of-concept sempre più complesse, abbiamo implementato questi biofilm ingegnerizzati nel rilevamento della fluorescenza, nella chimica di coniugazione, nel biorisanamento a singolo substrato e nelle cascate di bioremediation multireaction che incorporano NP”, affermano i ricercatori.
“Abbiamo anche sfruttato le proprietà viscoelastiche intrinseche dei nostri biofilm ingegnerizzati e fabbricato” forme viventi “ben definite, intrappolando questi materiali in idrogel e microgel usando la stampa 3D e le tecniche di microincapsulazione.”
I materiali viventi hanno dimostrato di essere in grado di auto-rigenerarsi dopo la stampa, sostenendo la loro forma originale di stampa e le loro proprietà viscoelastiche e funzionali. I batteri erano in grado di incorporare sulle loro fibre senza influenzare la crescita del biofilm o la vitalità cellulare. Le cellule rimasero vitali per cinque settimane senza nutrimento supplementare.
I materiali viventi hanno dimostrato di essere in grado di auto-rigenerarsi dopo la stampa, sostenendo la loro forma originale di stampa e le loro proprietà viscoelastiche e funzionali. I batteri erano in grado di incorporare sulle loro fibre senza influenzare la crescita del biofilm o la vitalità cellulare. Le cellule rimasero vitali per cinque settimane senza nutrimento supplementare.
“Poiché questo nuovo tipo di materiale funzionale vivente offre proprietà di prestazione del materiale precedentemente irraggiungibili per la produzione, il nostro studio apre la porta allo sviluppo di molte nuove classi concepibili di materiali multifunzionali complessi e nanotecnologie dinamiche e rigenerative”, concludono i ricercatori
Gli autori del documento includono Jiaofang Huang, Suying Liu, Chen Zhang, Xinyu Wang, Jiahua Pu, Fang Ba, Shuai Xue, Haifeng Ye, Tianxin Zhao, Ke Li, Yanyi Wang, Jicong Zhang, Lihua Wang, Chunhai Fan, Timothy K. Lu e Chao Zhong.
