Fino a poco tempo fa la maggior parte dei materiali utilizzati per la stampa 3D era costituita da plastica o metalli. Questa tecnica sta già cambiando grazie ai ricercatori del Politecnico di Zurigo guidati dal professor André Studart che, in un articolo di recente pubblicazione su Science Advances, descrivono  come hanno sviluppato una piattaforma di stampa 3D in grado di incorporare materia vivente.

Si tratta di un inchiostro composto da una miscela di diversi ingredienti: una base di idrogel contenente zucchero e acido ialuronico che costituisce la struttura dell’inchiostro. I batteri che sono la componente vivente ed un terreno di coltura per mantenere in vita i batteri. Il risultato è un inchiostro vivente, viscoso e consistente che, grazie ai batteri di cui è composto (Pseudomonas putida e Acetobacter xylinum), permette di stampare materiali con proprietà biochimiche, capaci per esempio di digerire inquinanti o essere usato come “impalcatura” per i trapianti di pelle o per proteggere i malati dal rigetto. È uno studio che sicuramente aggiungerà entusiasmo al bioprinting, ossia, alla stampa su misura di materiale biologico in 3D.

Con questo sistema, che i ricercatori hanno chiamato “Functional living ink” (Flinck) possono essere stampati materiali 3D di qualsiasi forma in una volta sola; si possono combinare fino a quattro batteri insieme e questo apre la strada a tantissime applicazioni che vanno dalla medicina all’ambiente, come la produzione di vitamine o sensori per l’inquinamento dell’acqua.Ma la versatilità della tecnica fa si che le funzionalità dinamiche dei batteri incorporati nei materiali, possano essere assemblate dal basso in alto per nuove applicazioni biotecnologiche e biomediche. Per esempio pelle e cartilagini, che possono già essere coltivate in laboratorio, potrebbero essere prodotte secondo le specifiche del paziente.

A seconda del tipo di batterio utilizzato, è possibile modificare l’esito della stampa.  Ad esempio, il gruppo ha sperimentato la specie batterica putida Pseudomonas, che è già stata utilizzata nelle industrie chimiche per abbattere una sostanza chimica tossica come il fenolo. Allo stesso tempo, è stato dimostrato che i batteri Acetobacter xylinum espellono la nano-cellulosa antidolorifica che potrebbe essere usata per trattare le ustioni. Date le proprietà lenitive e antidolorifiche della cellulosa si apre un’intera gamma di potenziali applicazioni mediche. Inoltre, poiché si tratta di un materiale naturale, anche i corpi umani sono meno propensi a rigettarlo e questo può avere importanti risvolti nel favorire l’attecchimento degli organi trapiantati.

Nello studio i ricercatori spiegano che la vera sfida era far scorrere l’inchiostro in un modo particolare per raggiungere l’ugello della stampante.  La cellulosa batterica viene prodotta quando i batteri sono in movimento, il che significa che dovevano rimanere mobili come parte dell’inchiostro per poter beneficiare delle loro capacità di produzione di cellulosa. Infatti, se l’inchiostro è troppo denso i batteri rimangono essenzialmente inerti.

Per ora, i ricercatori ritengono che i batteri saranno in grado di sopravvivere all’interno delle strutture stampate per un bel po’ di tempo, sebbene siano necessari test più estesi per determinare la durata dei nuovi materiali. La stampa 3D utilizzando idrogel a base di batteri è praticamente agli inizi.  Tuttavia, il metodo additivo offre un enorme potenziale per applicazioni industriali e biomediche. Soprattutto in riferimento a quest’ultime, alcuni osservatori ritengono che un giorno saremo in grado di stampare organi come cuore e reni per i trapianti.

Forse in futuro questo sarà veramente possibile. Per ora Organovo (una società statunitense che lavora in questo senso), mira a produrre facsimili di tessuti umani per l’utilizzo in test clinici di laboratorio. Ma non nasconde che il suo interesse è incentrato sull’identificazione dei principali elementi architettonici e compositivi di un tessuto bersaglio e sulla creazione di un disegno che può essere utilizzato per generare quel tessuto in laboratorio per poi trasferirlo nella pratica clinica.

Bibliografia
Schaffner M, Rühs PA, Coulter F, et al. 3D printing of bacteria into functional complex materials. Science Advances 2017;3(12):eaao6804.

(Trapianti.net)