No oceano, corais e algas tem uma complexa relação simbia³tica. O coral fornece um hospedeiro para as algas, enquanto as algas produzem açúcares para o coral atravanãs da fotossa­ntese. Essa relação éresponsável por um dos ecossistemas mais diversos e produtivos da Terra, o recife de coral.

"Os corais são altamente eficientes na coleta e no uso da luz", disse o primeiro autor Dr. Daniel Wangpraseurt, bolsista Marie Curie do Departamento de Quí­mica de Cambridge. "Em nosso laboratório, estamos procurando manãtodos para copiar e imitar essas estratanãgias da natureza para aplicações comerciais".

Wangpraseurt e seus colegas imprimiram estruturas em coral em 3D e as usaram como incubadoras para o crescimento de algas. Eles testaram vários tipos de microalgas e descobriram que as taxas de crescimento eram 100x maiores que as dos meios de crescimento la­quido padra£o.

Para criar as estruturas complexas dos corais naturais, os pesquisadores usaram uma técnica rápida de bioprinting 3D capaz de reproduzir estruturas detalhadas que imitam os projetos e funções complexos dos tecidos vivos. Esse manãtodo pode imprimir estruturas com resolução em escala de micra´metro em apenas alguns minutos.

Isso éfundamental para replicar estruturas com células vivas, disse o co-autor saªnior Professor Shaochen Chen, da UC San Diego. "A maioria dessas células morrera¡ se usarmos processos tradicionais baseados em extrusão ou jato de tinta, porque esses manãtodos levam horas. Seria como manter um peixe fora da a¡gua; as células com as quais trabalhamos não sobrevivera£o se mantidas também muito tempo fora do meio de cultura. Nosso processo éde alta produtividade e oferece velocidades de impressão muito rápidas, por isso écompata­vel com células humanas, células animais e atécélulas de algas nesse caso ", disse ele.

As estruturas inspiradas em corais eram altamente eficientes na redistribuição da luz, assim como os corais naturais. Apenas materiais biocompata­veis foram utilizados para fabricar os corais bia´nicos impressos em 3D.

"Desenvolvemos um esqueleto e tecido de coral artificial com uma combinação de ganãis de polímeros e hidroganãis dopados com nanomateriais de celulose para imitar as propriedades a³pticas dos corais vivos", disse a co-autora saªnior Dra. Silvia Vignolini, também do Departamento de Quí­mica de Cambridge. "A celulose éum biopola­mero abundante; éexcelente na dispersão da luz e usamos para otimizar a entrega de luz em algas fotossintanãticas".

A equipe usou um anala³gico a³ptico para ultra-som, chamado tomografia de coeraªncia a³ptica, para digitalizar corais vivos e utilizar os modelos para seus projetos impressos em 3D. A bioprinter 3D personalizada usa luz para imprimir estruturas de microescala de coral em segundos. O coral impresso copia estruturas naturais de coral e propriedades de captação de luz, criando um microambiente artificial para as microalgas vivas.

"Ao copiar o microhabitat hospedeiro, também podemos usar nossos corais bioprimidos em 3D como sistema modelo para a simbiose entre algas e corais, que éurgentemente necessa¡ria para entender a quebra da simbiose durante o decla­nio dos recifes de coral", disse Wangpraseurt. "Existem muitas aplicações diferentes para nossa nova tecnologia. Criamos recentemente uma empresa, chamada mantaz, que usa abordagens de colheita de luz inspiradas em corais para cultivar algas para bioprodutos empaíses em desenvolvimento. Esperamos que nossa técnica seja escala¡vel para que possa ter um impacto real no biosetor de algas e, finalmente, reduzir as emissaµes de gases de efeito estufa responsa¡veis ​​pela morte dos recifes de coral ".

Este estudo foi financiado pelo programa de pesquisa e inovação Horizonte 2020 da Unia£o Europeia, pelo Conselho Europeu de Pesquisa, pela David Phillips Fellowship, pelos Institutos Nacionais de Saúde, pela National Science Foundation, pela Carlsberg Foundation e pela Villum Foundation.