Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) tienen células vivas impresas en 3D que convierten la glucosa en etanol y gas dióxido de carbono (CO ₂ ), una sustancia que se parece a la cerveza, demostrando una tecnología que puede conducir a una alta eficiencia biocatalítica.

La bioimpresión de células de mamíferos vivos en andamios tridimensionales complejos se ha estudiado y demostrado ampliamente para aplicaciones que van desde la regeneración de tejidos hasta el descubrimiento de fármacos y la implementación clínica. Además de las células de mamíferos, Existe un interés creciente en imprimir microbios funcionales como biocatalizadores.

Los microbios se utilizan ampliamente en la industria para convertir las fuentes de carbono en valiosos productos químicos finales que tienen aplicaciones en la industria alimentaria. producción de biocombustible, tratamiento de residuos y biorremediación. El uso de microbios vivos en lugar de catalizadores inorgánicos tiene las ventajas de condiciones de reacción suaves, autorregeneración, especificación catalítica y de bajo coste.

La nueva investigación, que aparece como un artículo de ACS Editors 'Choice en la revista Nano letras , muestra que la fabricación aditiva de células enteras vivas puede ayudar en la investigación de comportamientos microbianos, comunicación, interacción con el microambiente y para nuevos biorreactores con alta productividad volumétrica.

En un estudio de caso, El equipo imprimió células de levadura biocatalíticas vivas liofilizadas (Saccharomyces cerevisiae) en estructuras porosas tridimensionales. Las geometrías de ingeniería únicas permitieron que las células convirtieran la glucosa en etanol y CO ₂ de manera muy eficiente y similar a cómo se puede usar la levadura por sí sola para hacer cerveza. Habilitado por este nuevo material de tinta biológica, las estructuras impresas son autoportantes, con alta resolución, densidades de células sintonizables, Gran escala, alta actividad catalítica y viabilidad a largo plazo. Más importante, si se utilizan células de levadura modificadas genéticamente, productos farmacéuticos de alto valor, productos químicos, también se pueden producir alimentos y biocombustibles.

"En comparación con sus homólogos de películas a granel, Las celosías impresas con filamentos finos y macroporos nos permitieron lograr una rápida transferencia de masa que condujo a un aumento de varias veces en la producción de etanol. "dijo el científico de materiales de LLNL Fang Qian, el autor principal y correspondiente del artículo. "Nuestro sistema de tinta se puede aplicar a una variedad de otros microbios catalíticos para abordar las necesidades de una amplia aplicación. Las geometrías tridimensionales bioimpresas desarrolladas en este trabajo podrían servir como una plataforma versátil para la intensificación de procesos de una variedad de procesos de bioconversión utilizando diversos biocatalizadores microbianos para producción de productos de alto valor o aplicaciones de biorremediación ".

Otros investigadores de Livermore incluyen a Cheng Zhu, Jennifer Knipe, Samantha Ruelas, Joshua Stolaroff, Joshua DeOtte, Eric Duoss, Christopher Spadaccini y Sarah Baker. Este trabajo se realizó en colaboración con el Laboratorio Nacional de Energías Renovables.

"La inmovilización de biocatalizadores tiene varios beneficios, incluyendo permitir procesos de conversión continuos y simplificar la purificación del producto, "dijo el químico Baker, el otro autor correspondiente en el artículo. "Esta tecnología da control sobre la densidad celular, Colocación y estructura en un material vivo. La capacidad de ajustar estas propiedades se puede utilizar para mejorar las tasas de producción y los rendimientos. Es más, Los materiales que contienen densidades celulares tan altas pueden adquirir nuevas propiedades beneficiosas inexploradas porque las células comprenden una gran fracción de los materiales ".

"Esta es la primera demostración de impresión 3D de células vivas inmovilizadas para crear reactores químicos, "dijo el ingeniero Duoss, un coautor del artículo. "Este enfoque promete acelerar la producción de etanol, más económico, más limpio y eficiente. Ahora estamos ampliando el concepto explorando otras reacciones, incluida la combinación de microbios impresos con reactores químicos más tradicionales para crear sistemas 'híbridos' o 'tándem' que abren nuevas posibilidades ".