Ogni anno, a causa della deforestazione, il nostro pianeta perde oltre 10 milioni di ettari di foresta (un’area grande quanto l’Islanda). A questo ritmo, si prevede che le foreste del mondo potrebbero scomparire in 100-200 anni.
Nel tentativo di fornire un’alternativa ecologica, alcuni ricercatori del MIT hanno sperimentato in laboratorio una tecnica per generare materiale vegetale simile al legno, che potrebbe consentire di “coltivare” un prodotto in legno senza bisogno di abbattere alberi, lavorare legname, ecc. La ricerca è stata pubblicata su Materials Today.
Regolando alcune sostanze chimiche utilizzate durante il processo di crescita e utilizzando tecniche di biostampa 3D, i ricercatori hanno dimostrato di poter coltivare materiale vegetale in varie forme e dimensioni che non si trovano in natura e che non possono essere facilmente prodotte utilizzando i metodi tradizionali. “L’idea è che puoi coltivare questi materiali vegetali esattamente nella forma di cui hai bisogno, il che riduce la quantità di energia e rifiuti”, afferma l’autrice principale della ricerca, Ashley Beckwith.
Per avviare il processo di crescita del materiale vegetale in laboratorio, i ricercatori hanno prima isolato le cellule dalle foglie della pianta di Zinnia elegans per poi coltivarle in un liquido per due giorni. Successivamente hanno trasferito il tutto in un composto a base di gel, che contiene sostanze nutritive e due diversi ormoni. La regolazione dei livelli ormonali in questa fase del processo ha consentito ai ricercatori di regolare le proprietà fisiche e meccaniche delle cellule vegetali che crescono in questo liquido ricco di sostanze nutritive. “Nel corpo umano ci sono gli ormoni che determinano come si sviluppano le cellule e come emergono determinati tratti. Allo stesso modo, modificando le concentrazioni ormonali nel liquido, le cellule vegetali rispondono in modo diverso. Solo manipolando queste minuscole quantità chimiche, possiamo generare cambiamenti in termini di risultati fisici”, afferma Beckwith.
In un certo senso, queste cellule vegetali in crescita si comportano quasi come cellule staminali: i ricercatori possono dare loro input per dire loro cosa diventare.
Il team ha poi utilizzato una stampante 3D per estrudere la soluzione di gel di coltura cellulare in una struttura specifica in una capsula di Petri lasciandola in incubazione al buio per tre mesi. Anche con questo periodo di incubazione, il processo è più veloce del tempo impiegato da un albero per raggiungere la maturità.
Dopo l’incubazione, il materiale cellulare risultante viene disidratato e i ricercatori ne valutano le proprietà. Il team ha così scoperto che livelli ormonali più bassi hanno prodotto materiali vegetali con cellule più arrotondate e aperte che hanno una densità inferiore, mentre livelli ormonali più elevati hanno portato alla crescita di materiali vegetali con strutture cellulari più piccole e più dense. Livelli ormonali più elevati producevano anche materiale vegetale più rigido; i ricercatori sono stati in grado di coltivare materiale vegetale con un modulo di accumulo (rigidità) simile a quello di alcuni legni naturali.
Un altro obiettivo di questo lavoro è studiare ciò che è noto come lignificazione in questi materiali vegetali coltivati in laboratorio. La lignina è un polimero che si deposita nelle pareti cellulari delle piante che le rende rigide e legnose. Hanno scoperto che livelli ormonali più elevati durante la crescita provocano una maggiore lignificazione, il che porterebbe a materiale vegetale con proprietà più simili al legno.
I ricercatori hanno anche dimostrato che, utilizzando un processo di biostampa 3D, il materiale vegetale può essere coltivato in una forma e dimensioni personalizzate. Piuttosto che utilizzare uno stampo, il processo prevede l’uso di un file di progettazione computerizzato personalizzabile che viene alimentato a una biostampante 3D, che deposita la coltura di gel cellulare in una forma specifica. Ad esempio, sono stati in grado di coltivare materiale vegetale a forma di minuscolo albero.
I ricercatori sperano che questo rivoluzionario lavoro possa aiutare a motivare altri scienziati a tuffarsi in quest’area di ricerca per aiutare a ridurre la deforestazione.
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