Bioreattori stampati in 3D per l’amplificazione del DNA: applicazione alla diagnostica di accompagnamento



Un team di ricercatori dell’Università di Creta ha creato dei bioreattori stampati in 3D per l’amplificazione del DNA. Eseguendo 25 diversi filamenti FFF disponibili in commercio, il team è stato in grado di scegliere quello più adatto, cercando trasparenza e compatibilità con i reagenti enzimatici di amplificazione del DNA utilizzati nell’esperimento. A lungo termine, i ricercatori sperano di utilizzare i bioreattori stampati per applicazioni sanitarie.

L’amplificazione del DNA, come potrebbe suggerire il nome, è la produzione di più copie di una sequenza di DNA da un campione di base. Molti aspetti della medicina moderna si basano su dispositivi di amplificazione del DNA per cose come la diagnostica medica, il rilevamento microbico e altre bioanalisi legate al DNA. Esiste anche un’applicazione leggermente più eccitante, sebbene più chiara, nel campo della scienza forense, in base alla quale un campione di DNA potrebbe non essere abbastanza grande per essere analizzato e profilato. In situazioni come questa, l’amplificazione del DNA verrà impiegata per produrre un campione di dimensioni adeguate attraverso un processo chiamato reazione a catena della polimerasi.

Bioreattori per stampa 3D

Il lavoro è stato motivato dalla necessità di rilevare biomarcatori genetici nel punto di cura. I sistemi per il processo esistono già, ma tendono ad essere vincolati ai laboratori a causa delle loro dimensioni e della conseguente mancanza di portabilità. Il team ritiene che la stampa 3D, con le sue capacità di progettazione, abbia un grande potenziale nello sviluppo di micro-reattori aperti e chiusi sotto forma di fiale e micropozzetti.


La prima fase dello studio prevedeva la selezione del filamento giusto. Una stampante 3D Lulzbot TAZ 6 è stata utilizzata per estrudere 25 materiali diversi, creando una serie di fiale di prova che avrebbero continuato a contenere campioni di saliva durante l’amplificazione. I filamenti includevano ABS, HIPS, PETG, PLA, PP e PMMA, con diverse varianti di ogni tipo di materiale. Con i test di compatibilità biologica e l’imaging SEM per fornire informazioni sulla porosità di ogni tipo di materiale, il team alla fine ha optato per il polipropilene trasparente (PP Centaur) come filamento adatto a causa della sua densità relativamente alta.


Il PP è stato quindi utilizzato per fabbricare una cartuccia con otto singoli reattori a micropozzetti. La cartuccia è stata utilizzata per eseguire l’amplificazione isotermica su campioni di saliva in un involucro portatile stampato in 3D appositamente costruito. Una volta che il team ha rilevato con successo CYP2C19 * 2, una mutazione coinvolta nel metabolismo di un trattamento delle malattie cardiovascolari, hanno concluso che la loro creazione era adatta come strumento diagnostico associato al punto di cura. Anche i bioreattori stampati in 3D hanno dimostrato la loro convenienza, poiché un’analisi dei costi alla fine dell’esperimento ha rivelato che ogni fiala ha finito per costare meno di un euro per la produzione.


Ulteriori dettagli dello studio sono disponibili nel documento intitolato ” Bioreattori stampati in 3D per l’amplificazione del DNA: applicazione alla diagnostica di accompagnamento “. È coautore di AK Pantazis, G. Papadakis, K. Parasyris, A. Stavrinidis ed E. Gizeli.

Il processo di amplificazione del DNA rientra nella microfluidica, un campo di studio di cui la stampa 3D ha beneficiato notevolmente negli ultimi anni (e viceversa). All’inizio del 2020, un team di ricercatori della UC Davis ha pubblicato un documento in dettaglio sullo sviluppo di un nuovo metodo di stampa 3D basato su goccioline usando la microfluidica . La tecnica consente all’utente di manipolare la composizione e le proprietà dell’inchiostro estruso in tempo reale, consentendo la fabbricazione di diverse strutture. Il team si aspetta che la tecnologia eccella nella robotica leggera e nell’ingegneria dei tessuti.

Altrove, in Europa, i ricercatori hanno prodotto e pubblicato una recensione sulle applicazioni microfluidiche per la stampa 3D . Nella revisione gli scienziati affermano che la tecnologia consentirà la creazione di una nuova generazione di dispositivi sempre più intelligenti, reattivi e autonomi, che sono in grado di rilevare e agire sul loro ambiente con un input umano minimo.

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