Tatuagens vivas com bactérias geneticamente modificadas:uma nova inovação em bioimpressão

• Os pesquisadores criaram uma tatuagem fina e sensível às células que brilha quando entra em contato com as células da pele. 
• A tinta da tatuagem é feita de hidrogel e uma mistura de nutrientes para manter as células vivas.
• A tinta pode ser impressa em alta resolução – aproximadamente 30 micrômetros.
• Uma tatuagem viva impressa em 3D possui três sensores diferentes, que podem suportar compressão, alongamento e torção.

Pesquisadores do MIT descobriram um novo método para usar um tipo especial de tinta feita de células vivas geneticamente programadas. Eles criaram uma tatuagem temporária, e seu protótipo parece um adesivo fino e transparente com um padrão em forma de árvore.

Ele é dividido em várias seções que são sensíveis às células a um composto químico diferente. Quando essa tatuagem entra em contato com a pele, ela é exposta a um composto específico (presente na pele humana), fazendo com que regiões correspondentes da árvore se iluminem em resposta.

Isso acontece porque as células são projetadas para acender em resposta a diferentes tipos de estímulos. Quando combinadas com uma mistura de nutrientes e hidrogênio, as células poderiam ser impressas camada por camada para formar uma estrutura interativa em 3D.

Estudos anteriores na mesma área

O material responsivo aos estímulos não é algo novo – a investigação e o desenvolvimento decorrem há mais de uma década. Por exemplo, um material que responda bem a produtos químicos pode ser usado para criar um sensor químico, ou um material que responda a altas temperaturas pode ser usado para desenvolver robôs automontáveis

Como a impressão 3D é agora amplamente acessível e está disponível a preços muito mais baratos, tornou-se um método comum para o desenvolvimento de objetos experimentais, incluindo materiais responsivos a estímulos.

Porém, desta vez, os pesquisadores perceberam uma forma de utilizar células vivas que podem ser programadas e obtidas em um material reativo impresso em 3D. Pesquisas feitas até o momento sugerem que pelo menos células de mamíferos não seriam viáveis ​​para isso. Eles não podem trabalhar nas condições adversas da impressão 3D – exposição ultravioleta durante a reticulação, força de cisalhamento durante a extrusão e muito mais. Como as células dos mamíferos são balões de bicamada lipídica, as células morrem durante o processo de impressão.

Por outro lado, as células bacterianas com parede celular protetora são muito mais fortes. Eles são compatíveis com a maioria dos hidrogéis – materiais feitos de polímero e água e usados ​​em uma ampla gama de aplicações médicas.

A nova tinta responsiva Living

Os pesquisadores do MIT usam uma nova técnica para fabricar material “ativo” para displays interativos e sensores vestíveis. Na verdade, esses materiais poderiam ser combinados com células vivas para detectar substâncias químicas e poluentes ambientais, bem como pequenas alterações de temperatura e pH.

Usando células bacterianas geneticamente programadas, a equipe construiu uma tinta feita de hidrogel e uma mistura de nutrientes para manter as células vivas.

Mais especificamente, eles desenvolveram uma série de células bacterianas que podem gerar proteína verde fluorescente (GFP) ou secretar produtos químicos em resposta a quatro produtos químicos de sinalização diferentes, que se difundem livremente por todo o hidrogel. A biotinta contendo micelas de diacrilato plurônico F127 puras recupera para um estado de empacotamento após a impressão, que é estabilizado por reticulação ultravioleta.



Referência: Materiais Avançados | 10.1002/adma.201704821 | Via Notícias do MIT 

Eles também construíram um modelo para prever as interações entre células dentro de uma estrutura impressa em 3D, sob diferentes condições. Este modelo poderia ser usado por outros cientistas como um guia para a criação de materiais vivos responsivos.

A tinta que desenvolveram pode ser impressa em alta resolução – aproximadamente 0,03 milímetros ou 30 micrômetros. Até mesmo conexões piramidais de analito e sensor são facilmente alcançadas. A impressão 3D multitinta permite a construção de várias portas lógicas usando fluorescência GFP como saída. Eles já imprimiram o padrão de teste em elastômero e colaram-no na pele, que estava manchada com produtos químicos.

A padronização controlada espaço-temporalmente é alcançada devido à distribuição espacial bem definida do hidrogel, à dependência temporal da difusão da molécula sinalizadora e à produção de GFP.

O gel que consiste em bactérias que respondem à N-acil homosserina lactona pode ser impresso em padrões complexos. A conexão ao gel contendo N-acil homoserina lactona induz a produção GFP da bactéria, que se espalha por todo o sensor durante a noite.  



Uma tatuagem viva impressa em 3D desenvolvida com esta metodologia possui 3 sensores diferentes, que podem suportar compressão, alongamento e torção. A aplicação de analitos provoca respostas locais precisas apenas na respectiva área do sensor.  

Por algumas horas, diferentes seções do padrão da árvore na tatuagem se iluminaram quando a bactéria entrou em contato direto com seus estímulos químicos. As células bacterianas também podem se comunicar entre si e apresentar fluorescência após receber um sinal específico de outra célula.

Os pesquisadores testaram-no em uma estrutura 3D, sobrepondo duas folhas impressas de filamentos de hidrogel. Eles acenderam quando entraram em contato e receberam o sinal de comunicação específico.

Leia:As baterias de íons de magnésio são mais eficientes e seguras que as de lítio

O que vem a seguir?

Em um futuro próximo, os pesquisadores esperam ser capazes de imprimir plataformas computacionais vivas e vestíveis e estruturas com vários tipos diferentes de células que podem transmitir sinais de um lado para o outro, como transistores em um microchip.

Eles estão trabalhando para desenvolver sistemas de administração de medicamentos e sensores químicos, que podem ser programados para administrar medicamentos ao corpo ao longo do tempo.