Credito:Sarah Collins (Università di Cambridge)
I ricercatori dell'Università di Cambridge e dell'Università della California di San Diego hanno strutture ispirate ai coralli stampate in 3D che sono in grado di far crescere dense popolazioni di alghe microscopiche. I loro risultati, riportato sul giornale Comunicazioni sulla natura , aprire la porta a nuovi materiali di ispirazione biologica e alle loro applicazioni per la conservazione dei coralli.
Nell'oceano, i coralli e le alghe hanno un'intricata relazione simbiotica. Il corallo ospita le alghe, mentre le alghe producono zuccheri al corallo attraverso la fotosintesi. Questa relazione è responsabile di uno degli ecosistemi più diversi e produttivi della Terra, la barriera corallina.
"I coralli sono molto efficienti nel raccogliere e utilizzare la luce, " ha detto il primo autore, il dottor Daniel Wangpraseurt, un Marie Curie Fellow del Dipartimento di Chimica di Cambridge. "Nel nostro laboratorio, stiamo cercando metodi per copiare e imitare queste strategie dalla natura per applicazioni commerciali".
Wangpraseurt e i suoi colleghi hanno stampato in 3D strutture di corallo e le hanno usate come incubatrici per la crescita delle alghe. Hanno testato vari tipi di microalghe e hanno scoperto che i tassi di crescita erano 100 volte superiori rispetto ai normali mezzi di crescita liquidi.
Per creare le intricate strutture dei coralli naturali, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica di bioprinting 3D rapida originariamente sviluppata per la bioprinting di cellule epatiche artificiali.
Le strutture ispirate al corallo erano altamente efficienti nel ridistribuire la luce, proprio come i coralli naturali. Per fabbricare i coralli bionici stampati in 3D sono stati utilizzati solo materiali biocompatibili.
Un'immagine al microscopio elettronico a scansione delle colonie di microalghe nei biopolimeri viventi ibridi. Credito:Università di Cambridge
"Abbiamo sviluppato un tessuto e uno scheletro di corallo artificiale con una combinazione di gel polimerici e idrogel drogati con nanomateriali di cellulosa per imitare le proprietà ottiche dei coralli viventi, " ha affermato la Dott.ssa Silvia Vignolini, che ha condotto la ricerca. "La cellulosa è un biopolimero abbondante; è eccellente nella dispersione della luce e l'abbiamo usata per ottimizzare la distribuzione della luce nelle alghe fotosintetiche".
Il team ha utilizzato un analogo ottico degli ultrasuoni, chiamata tomografia a coerenza ottica, per scansionare coralli viventi e utilizzare i modelli per i loro progetti stampati in 3D. La biostampante 3D su misura utilizza la luce per stampare strutture in microscala di corallo in pochi secondi. Il corallo stampato copia le strutture naturali del corallo e le proprietà di raccolta della luce, creare un microambiente ospite artificiale per le microalghe viventi.
A sinistra:primo piano delle microstrutture della barriera corallina formate da uno scheletro di corallo (bianco) e un tessuto di corallo (giallo-arancio). A destra:immagine SEM dello scheletro di corallo stampato in 3D. Credito: Comunicazioni sulla natura
Microalghe che crescono sulla struttura del corallo stampata in 3D. Credito:Nature Communications
"Copiando il microhabitat ospite, possiamo anche utilizzare i nostri coralli biostampati in 3D come sistema modello per la simbiosi corallo-alga, che è urgentemente necessario per comprendere la rottura della simbiosi durante il declino della barriera corallina, " ha detto Wangpraseurt. "Ci sono molte applicazioni diverse per la nostra nuova tecnologia. Abbiamo recentemente creato una società, chiamato mantaz, che utilizza approcci di raccolta della luce ispirati ai coralli per coltivare alghe per prodotti biologici nei paesi in via di sviluppo. Speriamo che la nostra tecnica sia scalabile in modo che possa avere un impatto reale sul biosettore delle alghe e, in definitiva, ridurre le emissioni di gas serra responsabili della morte della barriera corallina".
