O cerneală realizată prin utilizarea unor celule bacteriene modificate poate fi imprimată 3D în structuri care eliberează medicamente anti-cancer sau care captează toxinele din mediu.
Cerneala microbiană este primul gel imprimabil, care este realizat în întregime din proteine produse de celulele E.coli, fără adăugarea altor polimeri.
„Acesta este primul material de acest gen: o cerneală vie, care poate reacționa în funcție de mediu. Pentru a forma o cerneală bio, am reutilizat matricea pe care aceste bacterii o folosesc în mod normal ca material de protecție”, a declarat Avinash Manjula-Basavanna din cadrul Institutului de Tehnologie din Massachusetts.
Prin încorporarea unui alt tip de celulă E.coli modificată genetic în gel, Manjula-Basavanna și colegii săi au construit structuri vii, care fie eliberează un medicament anticancerigen, denumit azurină, fie captează toxina bisfenol A (BPA) din mediu. În mod obișnuit, toxina BPA este folosită pentru a produce materiale plastice și a fost corelată cu afecțiuni precum infertilitate și cancer.
Cercetătorii au realizat cerneala folosind molecule de polimeri proteici, denumite nanofibre curli. În primul rând, aceștia au modificat genetic celulele E. coli astfel încât acestea să producă subunități de nanofibre curli, care aveau unul dintre cele două module încărcate electric în mod opus, (cunoscute sub numele de „buton” sau „gaură”) atașat la ele. Prin creșterea unui amestec al celor două tipuri de celule, ei au produs fibre curli care s-au legat între ele atunci când butoanele dintr-o fibră s-au blocat în găurile încărcate opus din altă fibră.
După aceea, echipa de cercetare a filtrat bacteriile printr-o membrană de nailon pentru a concentra fibrele reticulate, înainte de a îndepărta celulele din amestec. Acest proces a produs un gel care avea o vâscozitate și o elasticitate adecvate pentru imprimare.
Gelul poate fi introdus printr-o duză pentru a produce fire cu o lățime de aproximativ o jumătate de milimetru. În ciuda lățimii reduse a fibrelor, acestea au fost suficient de puternice pentru a rezista atunci când au fost întinse între doi stâlpi aflați la o distanță de 16 milimetri unul față de celălalt.
Prin modificarea genetică suplimentară a bacteriilor E.coli, astfel încât acestea să producă azurină în prezența unei substanțe chimice denumite IPTG și prin introducerea acestor celule în gel, cercetătorii au descoperit faptul că ar putea transforma materialul într-o structură vie, care eliberează azurină atunci când este nevoie.
Ei și-au continuat experimentele prin dezvoltarea unei alte populații de E. coli pentru a produce subunități curli care s-ar putea lega de BPA. Încorporarea în gel a acestor celule permis captarea, pe o perioadă de 24 de ore, a unei proporții de 30% din toxina aflată în lichidul situat în jurul substanței.
„Durata de viață a gelului nu a fost încă testată în mod specific, dar există structuri vii în laborator care au rămas stabile timp de mai bine de câțiva ani”, a declarat Manjula-Basavanna.
„Frumusețea lucrării constă în capacitatea de a programa genetic răspunsul funcțional al materialului viu printat”, a declarat André Studart din cadrul ETH Zürich din Elveția.
