Esta tinta está viva y compuesta por completo por microbios

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Esta tinta bacteriana que puede imprimirse en formas discretas, como un cuadrado o un círculo, mantuvo su forma y no se hundió ni aflojó. (Duraj-Thatte y otros, cortesía de Nature Communications vía The New York Times)
Esta tinta bacteriana que puede imprimirse en formas discretas, como un cuadrado o un círculo, mantuvo su forma y no se hundió ni aflojó. (Duraj-Thatte y otros, cortesía de Nature Communications vía The New York Times)

La idea de combinar una impresora (la perdición de los empleados de oficina) con la bacteria E. coli (el tormento de la lechuga romana) puede parecernos una colaboración extraña, e incluso desagradable.

No obstante, algunos científicos mezclaron hace poco las virtudes de la exasperante herramienta y el tóxico microbio para producir una tinta que está viva y compuesta totalmente de microbios. La tinta microbiana fluye como pasta de dientes bajo presión y puede emplearse para realizar impresiones tridimensionales de distintas formas diminutas (un círculo, un cuadrado o un cono) que mantienen esa forma y brillan como gelatina.

Los investigadores describen su receta de la tinta microbiana programable en un estudio publicado el martes en la revista científica Nature Communications. El material todavía se encuentra en etapa de desarrollo, pero los autores sugieren que la tinta podría constituir un material renovable de construcción crucial, capaz de crecer y sanar solo, además de ser ideal para construir hogares sostenibles tanto en la tierra como en el espacio.

Esta nueva sustancia no es la primera tinta viva. Otros científicos ya habían creado geles imprimibles, cocteles de bacterias y polímeros que ayudaban a proporcionar estructura durante el proceso de impresión. Una de esas tintas contenía ácido hialurónico, un extracto de alga marina y sílice pirogénica, agentes que en conjunto hacían al material más grueso y viscoso.

En cambio, la nueva sustancia no contiene polímeros adicionales; se produce totalmente a partir de ingeniería genética de bacterias E. coli. Los investigadores inducen cultivos bacterianos para hacer crecer la tinta, que también está hecha de células de bacterias vivas. Cuando se extrae la tinta del cultivo líquido, se vuelve firme como gelatina, por lo que puede usarse en impresoras de tercera dimensión para formar estructuras vivas, que no crecen más, sino que conservan la forma de su impresión.

“Desarrollaron esta excelente plataforma de ingeniería genética en que los microbios secretan su propia tinta”, explicó Sujit Datta, ingeniero químico biólogo de la Universidad de Princeton que no participó en la investigación. “Los microbios crean el material; los seres humanos solo tenemos que alimentarlos y mantenerlos contentos”.

Quizá las bacterias nos parezcan un bloque de construcción nada convencional. Lo cierto es que los microbios son un componente crucial de productos como perfumes y vitaminas, y los científicos ya han creado microbios capaces de producir plásticos biodegradables.

Esta tinta bacteriana que puede imprimirse en formas discretas, como un cuadrado o un círculo, mantuvo su forma y no se hundió ni aflojó. (Duraj-Thatte y otros, cortesía de Nature Communications vía The New York Times)
Esta tinta bacteriana que puede imprimirse en formas discretas, como un cuadrado o un círculo, mantuvo su forma y no se hundió ni aflojó. (Duraj-Thatte y otros, cortesía de Nature Communications vía The New York Times)

Un material como la tinta microbiana abre paso a ambiciones más grandiosas, según Neel Joshi, biólogo sintético de la Universidad del Noreste y uno de los autores del nuevo artículo. Este tipo de tintas marcan un enfoque más amplio de la ingeniería de materiales vivos. A diferencia de las estructuras hechas de concreto o plástico, los sistemas vivos serían autónomos, capaces de adaptarse a señales ambientales y de regenerarse (al menos esa es la meta, indicó Joshi).

“Imagina poder crear edificios que se curen solos”, explicó Datta.

Por lo regular, las tintas microbianas utilizan polímeros como una especie de andamios que les permiten endurecer su forma espumosa. Sin embargo, los polímeros tienen sus propias limitaciones y pueden provocar alteraciones no deseadas en las propiedades mecánicas de la tinta, comentó Datta. Además, los polímeros deben ser biocompatibles, para evitar que mueran los microbios. Encima, los polímeros sintéticos, como el polietileno, se obtienen a partir del petróleo y no son renovables.

Eliminar los polímeros y utilizar únicamente microbios “da mucha más flexibilidad para hacer ajustes en lo que se desea imprimir”, afirmó R. Kōnane Bay, física de materia blanda y próxima profesora asistente en la Universidad de Colorado Boulder, que no participó en la investigación.

Muchos materiales vivos se diseñan en forma de hidrogeles, estructuras capaces de absorber grandes cantidades de agua, como la gelatina. En 2018, Joshi y Anna Duraj-Thatte, ingeniera del Instituto Politécnico y Universidad Estatal de Virginia y una de las autoras del nuevo artículo, lograron crear un hidrogel hecho totalmente de E. coli que podía crecer y regenerarse.

Aunque era posible hacer formas con el hidrogel utilizando una jeringa, no tenía consistencia suficiente para mantener la vertical por sí solo. “No se podían crear estructuras”, aseveró Duraj-Thatte.

Los investigadores necesitaban darle más firmeza a la sustancia. “Diseñamos una estrategia que consiste en emplear fibrina, un polímero utilizado para la coagulación de la sangre en humanos y muchos otros animales”, explicó Avinash Manjula-Basavanna, integrante del equipo que completó el trabajo mientras hacía una investigación en la Universidad de Harvard.

Los investigadores aplicaron ingeniería genética a E. coli para producir un polímero proteico de fibrina diseñado para tejer una red parecida a una malla (algo así como una red de carga reforzada). Así, el material tiene dureza suficiente para imprimirse y todavía es posible que fluya a través de la boquilla de la impresora 3D.

Los investigadores imprimieron la tinta microbiana en distintas formas y patrones para probar si podía conservar la forma: una red entramada, una caja, un anillo y un cono que parecía casi un témpano. La tinta se inyectó como pasta de dientes desde la impresora, pero no goteó ni se fundió después de imprimirse, por lo que pasó todas las pruebas.

También sometieron la tinta a una prueba de fidelidad para determinar cuánto se estiraría un hilo de la tinta sin romperse. En la prueba, la boquilla de la impresora le dio forma a una tira de tinta de medio milímetro de grosor sobre una línea de pilares sucesivos, cada uno a mayor distancia del anterior con la intención de mostrar hasta qué distancia podría soportar el hilo de tinta sin romperse.

El hilo sostuvo su peso entre pilares ubicados a 16 milímetros de distancia: un éxito. Dijeron que, cuando Duraj-Thatte y Manjula-Basavanna grabaron la prueba en tiempo real en el laboratorio, comenzaron a gritar de emoción por tener evidencia de que la tinta funcionaba (el video presentado con el estudio publicado no incluía audio).

Para probar si las estructuras impresas podían realizar algunas funciones, Duraj-Thatte y Manjula-Basavanna también mezclaron la tinta con otros microbios diseñados para realizar tareas específicas. En una prueba terapéutica, la tinta impresa liberó el fármaco contra el cáncer llamado azurin cuando se le expuso a una sustancia química. En otra prueba, la tinta impresa logró atrapar la sustancia tóxica BPA, lo que sugiere que el material podría retirar contaminantes dañinos de sus alrededores.

La tinta todavía necesita mucho trabajo. No puede resistir el secado, y en este momento no es estable para poder ser la única base de construcciones más grandes, como una casa-habitación para seres humanos; los investigadores trabajan para descubrir cómo hacer estructuras impresas más robustas. Con todo, los investigadores identifican pocos límites para sus posibles aplicaciones futuras.

© 2021 The New York Times Company

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