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Ricercatori sviluppano strutture coralline biostampate 3D per la raccolta delle alghe

Abbiamo visto diversi progetti avviati in tutto il mondo per stampare in 3D strutture simili a coralli per preservare gli ecosistemi sottomarini minacciati. Nella maggior parte dei casi, le barriere coralline artificiali sono progettate per incoraggiare la crescita del corallo naturale e fornire riparo a molte specie sottomarine che vivono nel delicato ambiente. Un recente progetto uscito dalla Cambridge University e dalla University of California San Diego, tuttavia, sta portando il corallo stampato in 3D a un altro livello: il team di ricerca congiunto ha sviluppato strutture biostampate in 3D simili al corallo che sono effettivamente in grado di far crescere alghe microscopiche.

Il corallo e le alghe sono strettamente legati nella simbiosi nell’oceano. In breve, il corallo fornisce un ospite per le alghe, mentre gli organismi di alghe producono zuccheri per il corallo attraverso la fotosintesi. Insieme, corallo e alghe hanno costituito le basi per gli ecosistemi della barriera corallina, che sono tra i più diversi e produttivi del pianeta.

“I coralli sono estremamente efficienti nella raccolta e nell’uso della luce”, ha spiegato il dott. Daniel Wangpraseurt, un collega Marie Curie del Dipartimento di Chimica di Cambridge e primo autore di uno studio pubblicato su Nature Communications . “Nel nostro laboratorio, stiamo cercando metodi per copiare e imitare queste strategie dalla natura per applicazioni commerciali”.

Nel loro lavoro, i ricercatori hanno sviluppato strutture di corallo stampate in 3D usando una tecnica di bioprinting rapido. Secondo il team, questa tecnologia le ha permesso di produrre in pochi minuti geometrie complesse simili al corallo con una risoluzione su scala micrometrica. Il corallo stampato in 3D viene utilizzato come incubatore per le cellule di alghe, consentendo a queste di crescere e prosperare a velocità molto più elevate (circa 100x) rispetto all’utilizzo di mezzi di crescita liquidi standard.

Il professor Shaochen Chen, co-senior dell’UC San Diego, ha specificato perché la biostampa è stata utilizzata al posto di altri processi AM: “La maggior parte di queste cellule morirà se dovessimo usare processi tradizionali basati su estrusione o a getto d’inchiostro perché questi metodi impiegano ore. Sarebbe come tenere un pesce fuori dall’acqua; le cellule con cui lavoriamo non sopravviveranno se tenute troppo a lungo fuori dai loro terreni di coltura. Il nostro processo ha un rendimento elevato e offre velocità di stampa molto elevate, quindi in questo caso è compatibile con cellule umane, cellule animali e persino cellule di alghe”.

Il corallo biostampato è composto da una combinazione di gel polimerici biocompatibili e idrogel che sono infusi con nanomateriali di cellulosa che imitano efficacemente le proprietà ottiche del corallo sano. La cellulosa svolge un ruolo importante nella struttura, poiché aiuta a diffondere la luce e promuove la fotosintesi nelle alghe. Nei test, il corallo biostampato si è dimostrato altamente efficiente nella distribuzione della luce. La struttura del corallo stampato è stata progettata scansionando il corallo vivente usando la tomografia a coerenza ottica e la scansione 3D è stata utilizzata come base per creare la struttura corallina stampata in 3D.

È interessante notare che il corallo biostampato non avrà esattamente le stesse applicazioni degli altri coralli stampati in 3D che abbiamo visto, che sono realizzati con materiali come la ceramica e posizionati in habitat acquatici per imitare la funzione protettiva del corallo. Piuttosto, le strutture simili ai coralli biostampati possono essere utilizzate per coltivare alghe per bioprodotti, contribuendo a migliorare le pratiche sostenibili e ridurre le emissioni.

“Copiando il microhabitat ospite, possiamo anche usare i nostri coralli biostampati 3D come sistema modello per la simbiosi corallo-algale, che è urgentemente necessaria per comprendere il declino della barriera corallina”, ha aggiunto Wangpraseurt. “Esistono molte diverse applicazioni per la nostra nuova tecnologia. Abbiamo recentemente creato una società, chiamata “Mantaz”, che utilizza approcci di raccolta della luce ispirati al corallo per coltivare alghe per bioprodotti nei paesi in via di sviluppo. Speriamo che la nostra tecnica sia scalabile in modo che possa avere un impatto reale sul biosettore delle alghe e, in definitiva, ridurre le emissioni di gas serra responsabili della morte della barriera corallina”.

l progetto innovativo ed ecocompatibile è finanziato dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione europea, nonché dal Consiglio europeo della ricerca. In definitiva, il team congiunto di ricercatori spera che il loro lavoro creerà opportunità per materiali bioprodotti e la conservazione dei coralli.

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