Cultivan material vegetal con formas y tamaños que no se encuentran en la naturaleza y que no pueden producirse fácilmente con los métodos agrícolas tradicionales mediante técnicas de bioimpresión en 3D
Cada año, el mundo pierde unos 10 millones de hectáreas de bosque (una superficie del tamaño de Islandia) a causa de la deforestación. A ese ritmo, algunos científicos predicen que los bosques del mundo podrían desaparecer en 100 o 200 años.
En un esfuerzo por ofrecer una alternativa respetuosa con el medio ambiente y que genere pocos residuos, unos investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos han preparado una técnica para generar en el laboratorio material vegetal calificable de madera, lo que podría permitir "cultivar" un producto de madera, como por ejemplo una mesa, sin necesidad de talar árboles, procesar la madera, etcétera.
Estos investigadores han demostrado ahora que, ajustando ciertas sustancias químicas utilizadas durante el proceso de crecimiento, pueden controlar con precisión las propiedades físicas y mecánicas del material vegetal resultante, como su rigidez y densidad.
Ashley Beckwith del MIT y sus colegas también demuestran que, mediante técnicas de bioimpresión en 3D, pueden cultivar material vegetal con formas y tamaños que no se encuentran en la naturaleza y que no pueden producirse fácilmente con los métodos agrícolas tradicionales.
La idea es que se pueden cultivar estos materiales vegetales con la forma exacta que el objeto necesita, por lo que no es necesario realizar ninguna fabricación por sustracción a posteriori, lo que reduce la cantidad de energía empleada y la de residuos generados. Todo apunta a que la nueva técnica se podrá adaptar fácilmente para cultivar estructuras tridimensionales a gran escala en el ámbito industrial.
Aunque todavía está en sus inicios, esta línea de investigación y desarrollo demuestra que los materiales vegetales cultivados en laboratorio pueden ajustarse fácilmente para que tengan características específicas, lo que podría permitir algún día cultivar productos de madera con las características exactas necesarias para una aplicación concreta.
Para iniciar el proceso de cultivo de material vegetal en el laboratorio, los investigadores aíslan primero las células de las hojas de plantas jóvenes de la especie Zinnia elegans. Las células se cultivan en un medio líquido durante dos días y luego se transfieren a un medio con base de gel, que contiene nutrientes y dos hormonas diferentes.
El ajuste de los niveles hormonales en esta fase del proceso permite a los investigadores ajustar las propiedades físicas y mecánicas de las células vegetales que crecen en ese caldo rico en nutrientes.
Los investigadores utilizan una impresora 3D para aplicar la solución de gel de cultivo celular en una estructura específica en una caja de Petri, y la dejan incubar en la oscuridad durante tres meses. Pese a su brevedad y a la ausencia de luz, esta fase del proceso es unos dos órdenes de magnitud más rápida que el tiempo que tarda un árbol en crecer hasta la madurez.
Tras la incubación, el material celular resultante se deshidrata y los investigadores evalúan sus propiedades.
Ya comprobaron que los niveles hormonales más bajos daban lugar a materiales vegetales con células más redondeadas y abiertas, de menor densidad, mientras que los niveles hormonales más altos daban lugar al crecimiento de materiales vegetales con estructuras celulares más pequeñas y densas. Los niveles hormonales más altos también dan lugar a material vegetal más rígido; los investigadores han conseguido cultivar material vegetal con una rigidez similar a la de algunas maderas naturales.
El equipo de Beckwith expone los detalles técnicos de su proceso en la revista académica Materials Today, bajo el título "Physical, mechanical, and microstructural characterization of novel, 3D-printed, tunable, lab-grown plant materials generated from Zinnia elegans cell cultures".
