Encre vivante : le gel contenant des microbes peut être imprimé en 3D

Une encre vivante fabriquée entièrement à partir de cellules bactériennes peut être imprimée en 3D pour créer des structures qui libèrent des médicaments anticancéreux ou épongent les toxines de l’environnement

Par Carissa Wong

Une encre fabriquée à l’aide d’ingénierie cellules bactériennes peut être imprimé en 3D dans des structures qui libèrent des médicaments anticancéreux ou capturent des toxines de l’environnement.

L’encre microbienne est la première imprimable gel être entièrement fabriqué à partir de protéines produites par E. coli cellules, sans ajout d’autres polymères.

« C’est la première du genre… une encre vivante qui peut répondre à l’environnement. Nous avons réutilisé la matrice que ces bactéries utilisent normalement comme matériau de protection pour former une bio-encre », explique Avinash Manjula-Basavanna au Massachusetts Institute of Technology de Boston.

En intégrant un autre type de produits génétiquement modifiés E. coli dans le gel, Manjula-Basavanna et ses collègues ont construit des structures vivantes qui ont soit libéré le médicament anticancéreux azurine, soit capturé la toxine bisphénol A (BPA) de l’environnement. Le BPA est couramment utilisé pour fabriquer des plastiques et a été lié à l’infertilité et au cancer.

Les chercheurs ont fabriqué l’encre à partir de molécules de polymère protéique appelées nanofibres curli. Premièrement, ils ont génétiquement modifié E. coli cellules pour produire des sous-unités de nanofibres curli auxquelles était attaché l’un des deux modules de charge opposée, appelés « bouton » ou « trou ». En cultivant un mélange des deux types de cellules, ils ont produit des fibres bouclées qui se sont réticulées lorsque les boutons d’une fibre se sont verrouillés dans les trous de charge opposée d’une autre fibre.

L’équipe a ensuite filtré les bactéries à travers une membrane en nylon pour concentrer les fibres réticulées, avant de retirer les cellules du mélange. Cela a produit un gel qui avait une viscosité et une élasticité appropriées pour l’impression.

Le gel pourrait être acheminé à travers une buse pour produire des fils d’environ un demi-millimètre de large. Malgré la faible largeur des fibres, elles étaient suffisamment solides pour tenir ensemble sans se casser lorsqu’elles étaient étirées entre deux piliers distants de 16 millimètres.

«Je me souviens de ce moment où il a comblé cet écart et je criais et sautais», dit-il.

En modifiant génétiquement d’autres E. coli pour produire de l’azurine en présence d’un produit chimique appelé IPTG, puis en semant ces cellules dans le gel, les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient transformer le gel en une structure vivante qui libère de l’azurine à la demande.

Ils ont poursuivi leurs expériences en créant une autre population de E. coli pour produire des sous-unités curli qui pourraient se lier au BPA. Ces cellules ont ensuite été incorporées dans le gel, ce qui lui a permis de capturer près de 30 % de la toxine du liquide qui l’entourait en 24 heures.

La durée de vie du gel n’a pas encore été spécifiquement testée, mais il existe des structures vivantes dans le laboratoire qui sont restées stables pendant plus de quelques années, explique Manjula-Basavanna.

« La beauté du travail réside dans la capacité de programmer génétiquement la réponse fonctionnelle du matériau vivant imprimé », explique André Studart à l’ETH Zürich en Suisse.