Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT), der Northwestern University und anderer Institutionen haben laut einem Artikel im Magazin „The Daily Beast“ mit einem 3D-Bioprinter lebende Strukturen aus biologischem Material und Polymeren hergestellt. Das dabei eingesetzte Gel besteht aus von E-coli erzeugten Protein-Polymer-Molekülen. Ihre Entwicklung soll Krebsmedikamente freisetzen oder Giftstoffe aus der Umwelt auffangen.
MIT-Forschungspartnerin Avinash Manjula-Basavanna, sagte:
„Dies ist die Erste ihrer Art… eine lebende Tinte, die auf die Umwelt reagieren kann. Wir haben die Matrix, die diese Bakterien normalerweise als Abschirmmaterial verwenden, umfunktioniert, um eine Biotinte zu bilden.“
Die Ergebnisse ihre Arbeit haben sie im Artikel „Programmable microbial ink for 3D printing of living materials produced from genetically engineered protein nanofibers“ im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.
Details zur Entwicklung der Forscher
Die Forscher konnten Fasern mit einer Breite von einem halben Millimeter mit dem Biodrucker herstellen. Es gelang ihnen, die Festigkeit aufrecht zu erhalten, während sie zwischen zwei Säulen gedehnt wurden, die durch 16 mm Abstand voneinander getrennt waren.
Chemiker Neel Joshi erklärt:
„So wie ein Samen genetische Anweisungen hat, um einen Baum zu produzieren, wollen wir biologischen Zellen eine Reihe genetischer Anweisungen geben, die sie so programmieren, dass sie materielle Strukturen mit vorgeschriebenen Eigenschaften bilden.“
Sie veränderten E.coli-Zellen gentechnisch, um Protein-Polymer-Moleküle namens Curli-Nanofasern zu produzieren. Daran befanden sich zwei entgegengesetzt geladene Module befestigt, die entweder „Knöpfe“ oder „Löcher“ darstellten. Die Curli-Fasern vernetzen sie sich bei der Herstellung, indem die Noppen von einem in die Löcher eines anderen einrasten. Anschließend wurde das Material durch eine Nylonmembran gefiltert, bevor die E.coli-Zellen entfernt wurden. Dadurch entstand ein Gel, das elastisch und viskos genug für den 3D-Druck war.
Das Team bettete einen neuen E.coli-Typ ein, der das Krebsmedikament Azurin freisetzen soll. Die mit Azurin gesäten Strukturen setzen das Material bei Bedarf frei, wenn sie einer Chemikalie namens IPTG ausgesetzt werden. Die Forscher schufen weitere E.coli-Typen, die Curli-Fasern produzieren, welche sich an das Bisphenol A (BPA) binden können. BPA ist giftig und kommt in vielen Kunststoffen vor. Das Gel konnte in 24 Stunden fast 30 Prozent des Toxins aus einer umgebenden Flüssigkeit aufnehmen. Es ist noch nicht klar, wie lang die 3D-gedruckten Strukturen überleben. Andere Arten lebender Geometrien haben jedoch gezeigt, dass sie mehr als zwei Jahre stabil bleiben können.
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