Coralli artificiali stampati con gel polimerici e cellulosa

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I ricercatori sono riusciti a replicare la struttura dei coralli tramite innovative tecniche di bioprinting 3D con gel polimerici e cellulosa
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I ricercatori dell’Università di Cambridge nel Regno Unito e dell’Università della California, a San Diego, hanno strutture ispirate ai coralli stampati in 3D che sono in grado di far crescere popolazioni dense di alghe microscopiche. I loro risultati, riportati in un articolo su Nature Communications, aprono la porta a nuovi materiali bio-ispirati per applicazioni nella conservazione dei coralli.

La preziosità del corallo

Nell’oceano, i coralli e le alghe hanno un’intricata relazione simbiotica. Il corallo fornisce un ospite per le alghe, mentre le alghe producono zuccheri per il corallo attraverso la fotosintesi. Questa relazione è responsabile di uno degli ecosistemi più diversificati e produttivi sulla Terra: la barriera corallina.

“I coralli sono molto efficienti nel raccogliere e utilizzare la luce”,

ha detto il primo autore Daniel Wangpraseurt, un collega del Dipartimento di Chimica di Cambridge.

“Nel nostro laboratorio, stiamo cercando in particolare metodi per copiare e imitare queste strategie dalla natura per applicazioni commerciali”.

Insieme ai colleghi, Wangpraseurt ha stampato in 3D strutture di corallo e le ha utilizzate come incubatrici per la crescita delle alghe. Testando vari tipi di microalghe hanno scoperto che i loro tassi di crescita erano 100 volte superiori a quelli dei terreni di crescita liquidi standard.

Per replicare le complesse strutture dei coralli naturali, Wangpraseurt e i suoi colleghi hanno utilizzato una tecnica di bioprinting 3D rapida originariamente sviluppata per la stampa di cellule epatiche artificiali. I ricercatori hanno utilizzato materiali puramente biocompatibili per fabbricare i coralli bionici stampati in 3D, che si sono dimostrati altamente efficienti nel ridistribuire la luce, analogalmente ai coralli naturali.

“Abbiamo sviluppato un tessuto e uno scheletro di corallo artificiale con una combinazione di gel polimerici e idrogel drogati con nanomateriali di cellulosa. In tal modo, si è potuto imitare le proprietà ottiche dei coralli viventi“, ha spiegato Silvia Vignolini dell’Università di Cambridge, che ha guidato la ricerca. “La cellulosa è un abbondante biopolimero; è eccellente per la diffusione della luce e l’abbiamo utilizzata per ottimizzare la consegna della luce nelle alghe fotosintetiche“.

L’innovazione del bioprinting 3D

Il team ha utilizzato un analogo ottico degli ultrasuoni, chiamato tomografia a coerenza ottica, per scansionare i coralli viventi, utilizzando quindi le scansioni risultanti per i loro progetti stampati in 3D. Il bioprinter 3D personalizzato utilizza la luce per stampare strutture in micro scala di corallo in pochi secondi. Il corallo stampato copia le strutture naturali del corallo e le proprietà di raccolta della luce, creando un microambiente ospite artificiale per le microalghe viventi.

“Copiando il microhabitat ospite, possiamo anche utilizzare i nostri coralli 3D biostampati come sistema modello per la simbiosi corallo-alghe, che è  necessaria per comprendere la rottura della simbiosi durante il declino della barriera corallina”,

ha detto Wangpraseurt.

“Ci sono molte diverse applicazioni per la nostra nuova tecnologia. Abbiamo recentemente creato la società Mantaz che utilizza approcci di raccolta della luce ispirati ai coralli per coltivare alghe per bioprodotti nei paesi in via di sviluppo. Ci auguriamo che la nostra tecnica sia scalabile in modo che possa avere un impatto reale sul biosettore delle alghe. La speranza è quindi la riduzione delle emissioni di gas serra responsabili della morte della barriera corallina “.

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Paesaggio subacqueo di una barriera corallina
Micro alghe osservate al microscopio
Palline di idrogel
Fibre di cellulosa osservate al microscopio elettronico