Korallen aus dem 3D-Drucker bieten fruchtbaren Boden

„Korallen zählen zu den effizientesten Organismen bei der Nutzung, Erfassung und Umwandlung von Licht zur Energieerzeugung. Dies geschieht auch in extremen Umgebungen, in denen das Licht stark schwankt und nur wenig Platz zum Wachsen vorhanden ist“, sagte der leitende Autor Daniel Wangpraseurt, Meereswissenschaftler an der Universität von Cambridge. Die Korallen sind für die Wissenschaftler in einer neuen Forschungsarbeit ein Ausgangspunkt für weitere Forschungen.

Die am 9. April in „Nature Communications“ veröffentlichte Arbeit könnte zur Entwicklung effizienterer Bioreaktoren zur Herstellung von Biokraftstoffen auf Algenbasis führen. Gleichzeitig unterstützt die Studie auch Forscher bei ihren Arbeiten über neue Techniken zur Reparatur und Wiederherstellung von Korallenriffen. In Tests wuchsen die gedruckten Korallenstrukturen bis zu 100-mal dichter als natürliche Korallen.

Lebendes Korallen-Gewebe nachahmen

Um die Korallenstrukturen aufzubauen, arbeitete der Meereswissenschaftler Wangpraseurt mit Shaochen Chen, Professor für Nanotechnik an der Universität von San Diego, zusammen. Dessen Labor ist auf eine schnelle 3D-Bioprinting-Technologie spezialisiert. Hier war es möglich, diese detaillierten Strukturen zu reproduzieren. Chens Methode kann Strukturen mit einer Auflösung im Mikrometerbereich in nur wenigen Minuten drucken.

„Dies ist entscheidend für die Replikation von Strukturen mit lebenden Zellen“, sagte Chen. „Die meisten dieser Zellen sterben ab, wenn wir herkömmliche Inkjet-3D-Druckverfahren verwenden, weil diese Methoden Stunden dauern. Es wäre, als würde man einen Fisch aus dem Wasser halten. Die Zellen, mit denen wir arbeiten, würden nicht überleben.“

Künstliche Skelette

Die 3D-gedruckten Korallen sind so konstruiert, dass sie Licht effizient einfangen und streuen. Sie bestehen aus becherförmigen Skeletten, die korallenartiges Gewebe tragen.

• Das Gerüst besteht aus einem biokompatiblen Polymergel namens PEGDA und ist eingebettet mit Cellulose-Nanokristallen.
• Das Korallengewebe besteht aus einem Polymerhydrogel auf Gelatinebasis namens GelMA, gemischt mit lebenden Algenzellen und Cellulose-Nanokristallen.

Auf der Oberfläche befinden sich winzige zylindrische Strukturen, die als Korallententakel wirken und die Oberfläche für die Absorption von Licht vergrößern. Im Skelett und im Korallengewebe eingebettete Nanokristalle verbessern zusammen mit der Becherform der Korallen auch die Lichtabsorption. Sie ermöglichen es, mehr Licht auf die Algenzellen zu fokussieren, damit diese effizienter arbeiten können.

In zukünftigen Studien werden Chen und Wangpraseurt auf dieser Arbeit aufbauen, um die Symbiose zwischen Algen und Korallen besser zu verstehen. Ihr Ziel ist, die Erkenntnisse für Projekte zur Wiederherstellung von Korallenriffen einzusetzen. (cs)