Un gruppo di ricercatori ha sviluppato matrici di microcolonne stampate in 3D a basso costo per eseguire sintesi di DNA ad alto throughput, con l’obiettivo di ridurre i costi e aumentare la flessibilità rispetto ai sistemi commerciali tradizionali. Il cuore del lavoro è la progettazione di supporti microstrutturati, organizzati in array, che possono ospitare molte reazioni di sintesi in parallelo, usando geometrie ottimizzate e processi additivi ad alta risoluzione. Questo approccio si inserisce nel filone di ricerca che punta a rendere la sintesi di DNA più accessibile e distribuita, sulla scia dei concetti di “stampanti 3D di DNA” capaci di produrre sequenze personalizzate su richiesta.
Dal DNA on‑demand alle architetture microfluidiche stampate in 3D
Negli ultimi anni diversi gruppi hanno mostrato che è possibile pensare alla sintesi del DNA in modo analogo alla stampa 3D: una piattaforma compatta in grado di produrre sequenze su misura con cicli ridotti e costi inferiori rispetto ai servizi centralizzati. Le microcolumn array stampate in 3D rappresentano un’evoluzione di questo concetto, perché sfruttano la libertà geometrica dell’additive manufacturing per creare supporti e microcanali ottimizzati per le reazioni di sintesi, integrando percorsi per reagenti, zone di miscelazione e aree di raccolta del prodotto. Come già avviene per numerosi biosensori e dispositivi miniaturizzati, la fabbricazione layer‑by‑layer consente di iterare rapidamente design e layout delle microcolonne.
Vantaggi di costo e scalabilità rispetto alle piattaforme tradizionali
Le piattaforme tradizionali per la sintesi di DNA ad alto throughput si basano su sistemi microfluidici e chip proprietari, spesso costosi sia in termini di hardware sia per i consumabili dedicati. Le matrici di microcolonne stampate in 3D mirano a ridurre questi costi sostituendo componenti di precisione con parti polimeriche ottenute con tecniche come SLA o DLP ad alta risoluzione, che permettono di realizzare canali e cavità micrometriche con geometrie personalizzabili. L’uso della stampa 3D facilita anche la scalabilità del numero di colonne: una volta validato il design di una singola microcolonna, è possibile replicarla in array bidimensionali o tridimensionali aumentando il throughput senza riprogettare l’intero sistema, seguendo una logica modulare.
Implicazioni per biologia sintetica, biosensing e medicina personalizzata
Rendere più economica e flessibile la sintesi del DNA significa accelerare l’intero ecosistema della biologia sintetica, dove la progettazione di nuovi geni, circuiti genetici e librerie di varianti dipende dalla disponibilità di sequenze su misura. Dispositivi come le microcolumn array stampate in 3D possono essere affiancati a piattaforme di biosensing e bioprinting, anch’esse spesso realizzate con stampa 3D, per creare workflow integrati che vanno dalla progettazione in silico alla validazione sperimentale su chip e modelli biologici. In prospettiva, queste tecnologie possono contribuire a democratizzare l’accesso alla sintesi di DNA, permettendo anche a laboratori più piccoli di realizzare internamente librerie per screening, test diagnostici o sviluppo di terapie personalizzate, riducendo tempi di attesa e dipendenza da fornitori esterni.
