Corallo stampato in 3D migliore dell’equivalente naturale
Il rapporto reciprocamente vantaggioso tra alghe e coralli è iniziato milioni di anni fa ed è fondamentale per la salute delle barriere coralline che sono l’habitat di circa un quarto di tutta la vita marina. La competizione per lo spazio e per la luce solare tra i diversi organismi marini ha fatto sì che i coralli adattassero la loro struttura per raccogliere e diffondere la luce in modo efficiente per l’uso da parte delle microalghe ospiti. Grazie al finanziamento UE del progetto BioMIC-FUEL, alcuni scienziati dell’Università di Cambridge sono riusciti a imitare questo micro-ecosistema corallino, producendo microalghe a una densità fino a 100 volte superiore rispetto ai coralli naturali. «Il nostro obiettivo era quello di usare i coralli come ispirazione per sviluppare tecniche più produttive per la coltivazione delle microalghe. A differenza delle tecniche esistenti che utilizzano un mezzo di crescita liquido e una fonte esterna che emette luce dall’alto, il nostro approccio ispirato alla natura riesce a imitare il modo in cui i coralli intrappolano la luce e la distribuiscono internamente alle microalghe», spiega Daniel Wangpraseurt, biologo marino dell’Università di Cambridge.
La stampa 3D fornisce un terreno fertile per la crescita e la fotosintesi delle alghe
Gli scienziati hanno creato una sofisticata tecnologia di biostampa 3D in grado di riprodurre strutture coralline dettagliate che imitano i complessi motivi e le funzioni dei tessuti viventi del corallo. Il loro metodo è in grado di stampare strutture con risoluzione in scala micrometrica in pochi minuti. «La maggior parte di queste cellule morirebbe se dovessimo utilizzare i tradizionali processi di stampa a estrusione o a getto d’inchiostro, perché questi metodi richiedono ore. Sarebbe come tenere un pesce fuori dall’acqua; le cellule con cui lavoriamo non sopravviverebbero se tenute troppo a lungo fuori dai loro mezzi di coltura. Il nostro processo è ad alta produttività e offre velocità di stampa davvero elevate, perciò non solo è compatibile con le cellule delle alghe, ma anche con le cellule umane e animali», sottolinea Wangpraseurt. Gli scienziati hanno sviluppato un tessuto e uno scheletro di corallo artificiale con una combinazione di diversi biopolimeri e idrogel drogati con nanomateriali in cellulosa per imitare le proprietà ottiche dei coralli viventi; nella miscela sono state infuse anche alghe. Il loro approccio innovativo alla biostampa non è stato un’impresa da poco. «Lavorare con materiali leggeri, generalmente non facili da maneggiare, è stata una sfida, ma il vero successo del nostro approccio di biostampa si è basato sullo studio di materiali che, pur interagendo debolmente con la luce (per ottenere strutture coralline ad alta risoluzione), riescono anche a diffondere la luce alle alghe», spiega Silvia Vignolini del dipartimento di Chimica dell’Università di Cambridge.
I coralli bionici potrebbero fornire sollievo alle barriere coralline o migliorare la nutrizione
I coralli bionici, viventi, ibridi di nuova produzione sono in grado di coltivare alte densità di cellule algali, fino a 109 g/ml. Una volta sviluppata ulteriormente, la tecnologia di biostampa potrebbe essere utilizzata in bioreattori efficienti che coltivano alghe ad alto valore nutritivo per l’uso nelle tecnologie alimentari. Inoltre, i coralli stampati in 3D fungono da sistema modello per lo studio della conservazione delle barriere coralline: l’aumento della temperatura degli oceani e dell’acidità può sconvolgere la delicata simbiosi e far sì che i coralli espellano le alghe e diventino bianchi, un processo chiamato «sbiancamento dei coralli». «Per ora ci siamo concentrati sul miglioramento della nostra tecnologia per applicazioni di fascia alta, fino a quando non riusciremo a ottenere un rendimento elevato. In futuro, la nostra tecnica potrebbe risultare scalabile per realizzare prodotti di alto valore su scala più ampia», conclude Wangpraseurt. I risultati del progetto sono pubblicati su Nature Communications. Di recente gli scienziati hanno anche creato una start-up chiamata «mantaz» che utilizza approcci di raccolta della luce a basso costo ispirati ai coralli per coltivare bioprodotti di alghe nei paesi in via di sviluppo.
Parole chiave
BioMIC-FUEL, microalghe, biostampa, corallo stampato in 3D, simbiosi, barriera corallina, sbiancamento del corallo