Desarrollan una tinta para impresión 3D basada en materia viva

Una tinta para impresión 3D que contiene bacterias permite imprimir minifábricas bioquímicas con ciertas propiedades, en función de la especie de bacteria que los científicos pongan en la tinta.

Este producto acaba con la limitación del uso de materia muerta, como plásticos o metales, en la producción de materiales en impresión 3D, según sus artífices, un grupo de investigadores de ETH-Zurich, dirigido por el Profesor André Studart, Jefe del Laboratorio de Materiales Complejos.

Utilizaron las bacterias 'Pseudomonas putida' y 'Acetobacter xylinum' en su trabajo. El primero puede descomponer el fenol químico tóxico, que se produce a gran escala en la industria química, mientras que el segundo 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 mismo 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 ellos moverse. Sin embargo, si el hidrogel es demasiado rígido, Acetobacter secreta menos celulosa.

Al mismo tiempo, los objetos impresos deben ser lo suficientemente resistentes como para soportar el peso de las capas siguientes. 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", describe así Schaffner 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 los minifactorios impresos. "Como las bacterias requieren muy poco recursos, suponemos que pueden sobrevivir en estructuras impresas durante mucho tiempo", dice Rûhs.

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 Rûhs. El culpa a la mala reputación de los microorganismos por la falta casi total de investigación existente sobre métodos adicionales 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.

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.