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Investigadores de la Universidad de Cambridge y de la Universidad de California en San Diego han desarrollado estructuras inspiradas en corales, impresas en 3D, que son capaces de producir densas poblaciones de algas microscópicas.
Los resultados de este trabajo, publicados en la revista Nature Communications, abren la puerta a nuevos materiales bioinspirados y a sus aplicaciones para la conservación de los corales.
En el océano, los corales y las algas tienen una intrincada relación simbiótica.
El coral proporciona un huésped para las algas, mientras que las algas producen azúcares para el coral a través de la fotosíntesis.
Esta relación es responsable de uno de los ecosistemas más diversos y productivos de la Tierra, el arrecife de coral, también conocido como “selva del mar”, que está siendo devastado por el cambio climático.
Incubadoras de algas
Los investigadores imprimieron en 3D estructuras de coral y las usaron como incubadoras para el crecimiento de algas.
Probaron varios tipos de microalgas y descubrieron que las tasas de crecimiento eran 100 veces más altas que en los medios de crecimiento líquidos estándar.
Para crear las intrincadas estructuras de los corales naturales, los investigadores utilizaron una técnica rápida de bioimpresión en 3D, capaz de reproducir estructuras detalladas que imitan los diseños complejos y las funciones de los tejidos vivos.
Este método puede imprimir estructuras con una resolución de escala micrométrica en solo unos minutos.
Esto es crítico para replicar estructuras con células vivas, explica uno de los autores, Shaochen Chen, en un comunicado.
"La mayoría de estas células morirían si tuviéramos que usar procesos tradicionales basados en extrusión o inyección de tinta porque estos métodos toman horas. Sería como mantener un pez fuera del agua; las células con las que trabajamos no sobrevivirán si se mantienen fuera de sus medios de cultivo. Nuestro proceso es de alto rendimiento y ofrece velocidades de impresión realmente rápidas, por lo que es compatible con células humanas, células animales e incluso células de algas en este caso", añade Chen.
Alta eficiencia
Las estructuras inspiradas en los corales fueron altamente eficientes para redistribuir la luz, al igual que los corales naturales.
Solo se utilizaron materiales biocompatibles para fabricar los corales biónicos impresos en 3D, destacan los investigadores.
"Desarrollamos un tejido y esqueleto de coral artificial con una combinación de geles poliméricos e hidrogeles dopados con nanomateriales de celulosa para imitar las propiedades ópticas de los corales vivos", especifica la también autora Silvia Vignolini.
Y añade: "la celulosa es un biopolímero abundante; es excelente para dispersar la luz y la usamos para optimizar el suministro de luz a las algas fotosintéticas".
Los resultados de este trabajo, publicados en la revista Nature Communications, abren la puerta a nuevos materiales bioinspirados y a sus aplicaciones para la conservación de los corales.
En el océano, los corales y las algas tienen una intrincada relación simbiótica.
El coral proporciona un huésped para las algas, mientras que las algas producen azúcares para el coral a través de la fotosíntesis.
Esta relación es responsable de uno de los ecosistemas más diversos y productivos de la Tierra, el arrecife de coral, también conocido como “selva del mar”, que está siendo devastado por el cambio climático.
Incubadoras de algas
Los investigadores imprimieron en 3D estructuras de coral y las usaron como incubadoras para el crecimiento de algas.
Probaron varios tipos de microalgas y descubrieron que las tasas de crecimiento eran 100 veces más altas que en los medios de crecimiento líquidos estándar.
Para crear las intrincadas estructuras de los corales naturales, los investigadores utilizaron una técnica rápida de bioimpresión en 3D, capaz de reproducir estructuras detalladas que imitan los diseños complejos y las funciones de los tejidos vivos.
Este método puede imprimir estructuras con una resolución de escala micrométrica en solo unos minutos.
Esto es crítico para replicar estructuras con células vivas, explica uno de los autores, Shaochen Chen, en un comunicado.
"La mayoría de estas células morirían si tuviéramos que usar procesos tradicionales basados en extrusión o inyección de tinta porque estos métodos toman horas. Sería como mantener un pez fuera del agua; las células con las que trabajamos no sobrevivirán si se mantienen fuera de sus medios de cultivo. Nuestro proceso es de alto rendimiento y ofrece velocidades de impresión realmente rápidas, por lo que es compatible con células humanas, células animales e incluso células de algas en este caso", añade Chen.
Alta eficiencia
Las estructuras inspiradas en los corales fueron altamente eficientes para redistribuir la luz, al igual que los corales naturales.
Solo se utilizaron materiales biocompatibles para fabricar los corales biónicos impresos en 3D, destacan los investigadores.
"Desarrollamos un tejido y esqueleto de coral artificial con una combinación de geles poliméricos e hidrogeles dopados con nanomateriales de celulosa para imitar las propiedades ópticas de los corales vivos", especifica la también autora Silvia Vignolini.
Y añade: "la celulosa es un biopolímero abundante; es excelente para dispersar la luz y la usamos para optimizar el suministro de luz a las algas fotosintéticas".
Imagen de los corales biónicos impresos en 3D. University of Cambridge..
Análogo óptico
El equipo utilizó un análogo óptico de ultrasonido, llamado tomografía de coherencia óptica, para escanear corales vivos y utilizar los modelos para sus diseños impresos en 3D.
La bioimpresora 3D utiliza luz para imprimir estructuras de microescala de coral en segundos.
El coral impreso copia las estructuras de coral natural y las propiedades de captación de luz, creando un microambiente artificial huésped para las microalgas vivas.
Sistema modelo
"Al copiar el microhábitat huésped, también podemos usar nuestros corales bioimpresos en 3D como un sistema modelo para la simbiosis de algas coralinas, que se necesita con urgencia para comprender el colapso de la simbiosis durante el declive de los arrecifes de coral", añade Wangpraseurt.
"Hay muchas aplicaciones diferentes para nuestra nueva tecnología. Esperamos que nuestra técnica sea escalable para que pueda tener un impacto real en el biosector de algas y, en última instancia, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, que son responsables de la muerte de los arrecifes de coral", concluye.
El equipo utilizó un análogo óptico de ultrasonido, llamado tomografía de coherencia óptica, para escanear corales vivos y utilizar los modelos para sus diseños impresos en 3D.
La bioimpresora 3D utiliza luz para imprimir estructuras de microescala de coral en segundos.
El coral impreso copia las estructuras de coral natural y las propiedades de captación de luz, creando un microambiente artificial huésped para las microalgas vivas.
Sistema modelo
"Al copiar el microhábitat huésped, también podemos usar nuestros corales bioimpresos en 3D como un sistema modelo para la simbiosis de algas coralinas, que se necesita con urgencia para comprender el colapso de la simbiosis durante el declive de los arrecifes de coral", añade Wangpraseurt.
"Hay muchas aplicaciones diferentes para nuestra nueva tecnología. Esperamos que nuestra técnica sea escalable para que pueda tener un impacto real en el biosector de algas y, en última instancia, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, que son responsables de la muerte de los arrecifes de coral", concluye.
Referencia
Bionic 3D printed corals. Daniel Wangpraseurt et al. Nature Communications, volume 11, Article number: 1748 (2020). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-020-15486-4
Bionic 3D printed corals. Daniel Wangpraseurt et al. Nature Communications, volume 11, Article number: 1748 (2020). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-020-15486-4