Esta impressora 3D usa tinta produzida a partir de micróbios para imprimir bolhas vivas

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Uma estrutura viva impressa em 3D. Créditos: Joshi et al., Nature Communications, 2021.

Por David Nield
Publicado na ScienceAlert

Vimos como a impressão 3D pode revolucionar certos processos de manufatura – seja na Terra ou em qualquer outro lugar – mas há um campo crescente de pesquisas que procuram maneiras de aplicar isso à produção de estruturas biológicas vivas também.

Em um novo estudo, os cientistas descreveram um novo tipo de ‘tinta viva’ ou biotinta feita de células bacterianas programadas de Escherichia coli, que pode ser impressa em 3D para criar hidrogéis em diferentes tipos de formatos que liberam diferentes tipos de drogas ou absorvem toxinas, dependendo de como eles são projetados.

O que torna esta abordagem diferente das biotintas anteriores é como ela usa a programação genética para controlar as propriedades mecânicas da própria tinta – levando a melhores resultados finais no material acabado e usos mais práticos para a tinta (algumas biotintas existentes não funcionam corretamente em temperatura ambiente, por exemplo).

Exemplos da biotinta impressa. Tradução da imagem: camada (layer). Créditos: Joshi et al., Nature Communications, 2021.

“Uma árvore tem células embutidas dentro dela e vai de uma semente a uma árvore assimilando recursos de seu entorno para implementar esses programas de construção de estruturas”, disse o biólogo químico Neel Joshi, da Universidade do Noroeste, em Massachusetts (EUA). “O que queremos fazer é algo semelhante, mas nesse caso estamos programando na forma de DNA que escrevemos com ajuda da engenharia genética”.

A forma como funciona é através da bioengenharia das células bacterianas para criar nanofibras vivas. As células de E. coli foram combinadas com outras substâncias para criar as fibras, usando um processo químico inspirado na fibrina – uma proteína que desempenha um papel fundamental na formação de coágulos sanguíneos em mamíferos.

Essas nanofibras baseadas em proteínas podem abastecer uma impressora 3D e serem manipuladas em várias formas. Ao contrário das biotintas anteriores, esta não usa nenhuma substância artificial e, em vez disso, é inteiramente biológica. Ela é espremida como uma pasta de dente, mas pode manter sua forma se não secar.

Até agora, a técnica foi usada para fazer objetos muito pequenos: um círculo, um quadrado e um cone. Mas agora que os cientistas mostraram que a tinta microbiana pode ser impressa em 3D dessa forma, ela abre mais possibilidades para o futuro.

“Se você pegasse todo o cone e mergulhasse em alguma solução de glicose, as células comeriam essa glicose e fariam mais dessa fibra e transformariam o cone em algo maior”, disse Joshi. “Existe a opção de aproveitar o fato de que existem células vivas lá. Mas você também pode simplesmente matar as células e usá-las como um material inerte”.

Em experimentos, a equipe conseguiu combinar sua biotinta com outros micróbios para realizar tarefas específicas: absorver produtos químicos tóxicos, por exemplo, ou administrar um medicamento anticâncer. No futuro, a tinta também pode ser projetada para se autorreplicar, dizem os pesquisadores.

Este estudo baseia-se no trabalho anterior da mesma equipe, analisando como as células de E. coli poderiam ser formadas em um hidrogel que se autorreplica quando entra em contato com um tecido específico – abrindo um método novo e sustentável de fabricação que poderia ser usado na Lua e em Marte, bem como aqui na Terra.

Embora a biotinta para impressão em 3D tenha sido usada apenas em pequena escala até agora, mais adiante na linha ela poderia ser usado em tudo, desde a construção de estruturas de autocura até a produção de tampas de garrafa que são capazes de remover produtos químicos perigosos da água.

“A biologia é capaz de fazer coisas semelhantes”, disse Joshi. “Pense na diferença entre o cabelo, que é flexível, e os chifres de um cervo ou rinoceronte ou algo assim. Eles são feitos de materiais semelhantes, mas têm funções muito diferentes. A biologia descobriu como ajustar essas propriedades mecânicas usando um conjunto limitado de blocos de construção”.

A pesquisa foi publicada na Nature Communications.