Crédito:Sarah Collins (Universidad de Cambridge)
Investigadores de la Universidad de Cambridge y la Universidad de California en San Diego tienen estructuras inspiradas en corales impresas en 3D que son capaces de hacer crecer densas poblaciones de algas microscópicas. Sus resultados, reportado en la revista Comunicaciones de la naturaleza , abre la puerta a nuevos materiales bioinspirados y 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 anfitrión para las algas, mientras que las algas producen azúcares al 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.
"Los corales son muy eficientes para recolectar y usar la luz, "dijo el primer autor, el Dr. Daniel Wangpraseurt, becaria Marie Curie del Departamento de Química de Cambridge. "En nuestro laboratorio, estamos buscando métodos para copiar e imitar estas estrategias de la naturaleza para aplicaciones comerciales ".
Wangpraseurt y sus colegas imprimieron estructuras de coral en 3D y las utilizaron como incubadoras para el crecimiento de algas. Probaron varios tipos de microalgas y encontraron 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 de bioimpresión rápida en 3-D desarrollada originalmente para la bioimpresión de células hepáticas artificiales.
Las estructuras inspiradas en los corales fueron muy eficientes para redistribuir la luz, como los corales naturales. Solo se utilizaron materiales biocompatibles para fabricar los corales biónicos impresos en 3D.
Una imagen de microscopio electrónico de barrido de las colonias de microalgas en los biopolímeros vivos híbridos. Crédito:Universidad de Cambridge
"Desarrollamos un tejido y un 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". "dijo la Dra. Silvia Vignolini, quien dirigió la investigación. "La celulosa es un biopolímero abundante; es excelente para dispersar la luz y la usamos para optimizar la entrega de luz a las algas fotosintéticas".
El equipo utilizó un análogo óptico al ultrasonido, llamada tomografía de coherencia óptica, para escanear corales vivos y utilizar los modelos para sus diseños impresos en 3D. La bioimpresora 3-D hecha a medida utiliza luz para imprimir estructuras de coral a microescala en segundos. El coral impreso copia las estructuras naturales del coral y las propiedades de captación de luz, creando un microambiente huésped artificial para las microalgas vivas.
Izquierda:Primer plano de las microestructuras de un arrecife de coral que consta de un esqueleto de coral (blanco) y tejido de coral (amarillo anaranjado). Derecha:imagen SEM del esqueleto de coral impreso en 3D. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza
Microalgas que crecen en la estructura de coral impresa en 3D. Crédito:Nature Communications
"Al copiar el microhábitat anfitrión, También podemos utilizar nuestros corales bioimpresos en 3-D como un sistema modelo para la simbiosis coral-alga, que se necesita con urgencia para comprender la ruptura de la simbiosis durante el declive de los arrecifes de coral, ", dijo Wangpraseurt." Hay muchas aplicaciones diferentes para nuestra nueva tecnología. Recientemente hemos creado una empresa, llamado mantaz, que utiliza enfoques de recolección de luz inspirados en los corales para cultivar algas para bioproductos en países en desarrollo. 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 ".
