Un team di ingegneri del MIT ha dimostrato la capacità di stampare in 3D ciò che definisce un “tatuaggio vivente” da un bioinchiostro costituito da cellule viventi e da dell’idrogel. Quando aderisce alla pelle umana ed è esposto a determinate sostanze chimiche, il “tatuaggio” a forma di albero si illumina in risposta.
Lo studio, condotto da Xuanhe Zhao, del Dipartimento di ingegneria meccanica del MIT, e Timothy Lu, professore associato di ingegneria biologica, ingegneria elettrica e informatica, è stato recentemente pubblicato sulla rivista Advanced Materials .
Come sottolineato dallo studio, i ricercatori hanno messo a punto una tecnica di bioprinting specializzata che ha permesso loro di creare strutture flessibili e indossabili fatte di biomateriali geneticamente programmati.
Nella loro dimostrazione, i ricercatori del MIT hanno stampato in 3D un tatuaggio multicolore a forma di albero fatto di cellule di batteri vivi. I tre diversi colori dei rami dell’albero indicano un diverso tipo di cellula e ogni ramo è stato progettato per reagire a una diversa sostanza chimica del composto molecolare.
Esponendo la pelle umana a questi particolari composti chimici e posizionando il “tatuaggio” sottile e trasparente sulla pelle, i rami stampati in 3D iniziano ad accendersi quando vengono a contatto con le sostanze chimiche.
Ovviamente, mentre i “tatuaggi viventi” stampati in 3D sono piuttosto divertenti da guardare, hanno il potenziale per servire a uno scopo più pratico. Come hanno spiegato i ricercatori, il processo potrebbe essere utilizzato per produrre “materiali attivi per sensori indossabili e display interattivi” che potrebbero reagire e rilevare sostanze chimiche specifiche.
I tatuaggi stampati in 3D hanno anche il potenziale per essere adattati alle applicazioni nella somministrazione di farmaci e negli impianti chirurgici poiché potrebbero essere costruiti per contenere “cellule ingegnerizzate per produrre composti come il glucosio”, che potrebbero essere rilasciati nel corpo gradualmente e anche su richiesta.
Più avanti, i ricercatori dicono che il metodo innovativo potrebbe essere utilizzato per la stampa 3D di “computer viventi” (strutture complesse composte da più tipi di cellule che sono in grado di comunicare tra loro). “Questo è un lavoro molto futuro, ma ci aspettiamo di essere in grado di stampare piattaforme computazionali viventi che possano essere indossabili”, ha spiegato Hyunwoo Yuk, un ricercatore laureato del MIT e coautore del giornale.
Nello sviluppare i tatuaggi 3D biopressi, il team di ricerca ha avuto alcuni ostacoli da superare. In Primis, gli scienziati hanno dovuto trovare il giusto tipo di cellula in grado di resistere al processo di stampa. Come spiegano, mentre gli scienziati di tutto il mondo stanno lavorando alla stampa di cellule di mammiferi, non c’è stato molto successo a causa della loro fragilità.
“Abbiamo scoperto che quelle cellule stavano morendo durante il processo di stampa, poiché le cellule dei mammiferi sono fondamentalmente palloncini a doppio strato lipidico”, ha detto Yuk. “Sono troppo deboli e si rompono facilmente”.
Come soluzione, il team di ricerca del MIT si è rivolto alle cellule di batteri, che tendono ad avere pareti cellulari più dure rispetto alle cellule di mammifero e possono sopportare ambienti più duri. È interessante notare che le cellule batteriche sono più ampiamente compatibili con i materiali idrogel, rendendole praticamente ideali per le applicazioni di bioprinting.
Tuttavia, i ricercatori hanno cercato di trovare la migliore miscela di idrogel per la stampa dei tatuaggi viventi e hanno scoperto che un idrogel contenente acido pluronico era la soluzione migliore. “Questo idrogel ha caratteristiche di flusso ideali per la stampa attraverso un ugello”, ha spiegato Zhao. “È come spremere il dentifricio. Hai bisogno [dell’inchiostro] per fuoriuscire da un ugello come un dentifricio, e può mantenere la sua forma dopo che è stato stampato. ”
Il materiale stampabile finale consisteva in una base di idrogel mescolata con le cellule batteriche e sostanze nutritive per mantenere in vita le cellule. Secondo Zhao, il bioink era ideale per la stampa e mostrava persino la sua capacità di essere stampato ad un’alta risoluzione di circa 30 micrometri per caratteristica. “Ciò significa che ogni linea stampata contiene solo poche celle. Possiamo anche stampare strutture relativamente grandi, che misurano diversi centimetri “, ha detto.
Il tatuaggio vivente stesso è stato prodotto utilizzando una stampante 3D su misura per l’applicazione di biostampa. Una volta stampato, il tatuaggio è stato polimerizzato usando la radiazione UV e successivamente è stato applicato alla pelle umana che era stata esposta a vari composti chimici. Come già detto, gli sportelli del tatuaggio a poco a poco ha cominciato ad accendersi quando i tipi di cellule particolari sono venuti a contatto con le sostanze chimiche.
Anche se ancora nelle sue fasi iniziali, la ricerca sul tatuaggio vivente sembra promettente e non vediamo l’ora di vedere quali altri tipi di tatuaggi viventi possono essere stampati in 3D in futuro.
