ADVANCES AND CHALLENGES IN THE USE OF BACTERIAL CELLULOSE AS A BIO-INK FOR BIOPRINTING OF THREE-DIMENSIONAL STRUCTURES

Authors

  • Creciana Maria Endres Centro Universitário SENAI, UniSENAI, Campus Chapecó, 89808400, Santa Catarina, Brasil/Universidade Comunitária da Região de Chapecó, Unochapecó, Chapecó, 89809900, Santa Catarina, Brasil https://orcid.org/0000-0002-5662-2197
  • Rubieli Carla Frezza Zeferino Universidade Comunitária da Região de Chapecó, Unochapecó, Chapecó, 89809900, Santa Catarina, Brasil https://orcid.org/0000-0002-3562-322X
  • Joseane Cristina Bassani Instituto SENAI de Tecnologia de Alimentos e Bebidas, Chapecó, 89808400, Santa Catarina, Brasil https://orcid.org/0000-0003-4046-6684
  • Guilherme Luiz Girardi Instituto SENAI de Tecnologia de Alimentos e Bebidas, Chapecó, 89808400, Santa Catarina, Brasil https://orcid.org/0000-0003-4776-2750
  • Sabrina Cremonini Instituto SENAI de Tecnologia de Alimentos e Bebidas, Chapecó, 89808400, Santa Catarina, Brasil https://orcid.org/0009-0004-2513-2808
  • Yara Munike Pereira Truppel Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC, Joinville, 89219600, Santa Catarina, Brasil https://orcid.org/0009-0006-9095-7763
  • Claudimir Antonio Carminatti Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC, Joinville, 89219600, Santa Catarina, Brasil https://orcid.org/0000-0002-8064-7300
  • Anderson de Carvalho Fernandes Centro Universitário SENAI, UniSENAI, Campus Joinville, 89223001, Santa Catarina, Brasil https://orcid.org/0000-0002-6367-0605
  • Bruna Zappelino Camillo Centro Universitário SENAI, UniSENAI, Campus Joinville, 89223001, Santa Catarina, Brasil https://orcid.org/0000-0001-9555-6180
  • Guilherme Grigolo Kielb Instituto SENAI de Tecnologia de Alimentos e Bebidas, Chapecó, 89808400, Santa Catarina, Brasil https://orcid.org/0009-0004-1443-4368
  • Micheli Zanetti Universidade Comunitária da Região de Chapecó, Unochapecó, Chapecó, 89809900, Santa Catarina, Brasil https://orcid.org/0000-0001-5218-7522

DOI:

https://doi.org/10.18624/e-tech.v18i1.1414

Keywords:

3D bioprinting; bioinks; bacterial cellulose; food; regenerative medicine.

Abstract

Bacterial cellulose (BC) has been explored as a promising biomaterial for the formulation of bioinks applied to 3D bioprinting, standing out for its unique physicochemical properties, such as high purity, biocompatibility, nanofibrillar structure and excellent water retention capacity. This work presents a comprehensive review on the use of BC as a base for bioinks, addressing from its production, optimization and chemical modification to its practical applications in tissue engineering, regenerative medicine, food and cosmetic industries. BC demonstrates compatibility with several cell types and can be functionalized to promote cell adhesion, proliferation and differentiation. Bioprinting techniques compatible with BC bioinks, such as extrusion, inkjet, laser-assisted and stereolithography, and the challenges associated with rheology, porosity, vascularization and production scale-up are discussed. Recent strategies include the use of porogenic agents, angiogenic factors, cell co-cultures and in situ modification of BC during its biosynthesis. The sustainability of CB is also highlighted, with emphasis on its biodegradability, low toxicity and potential for production from agro-industrial waste. Finally, the article emphasizes the strategic role of CB in the advancement of sustainable technological solutions, highlighting the need for further research to overcome technical limitations and enable its large-scale application in the medical, pharmaceutical, food and cosmetic areas.

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Author Biographies

Creciana Maria Endres, Centro Universitário SENAI, UniSENAI, Campus Chapecó, 89808400, Santa Catarina, Brasil/Universidade Comunitária da Região de Chapecó, Unochapecó, Chapecó, 89809900, Santa Catarina, Brasil

Coordenadora de Pesquisa e Inovação do Centro Universitário do SENAI SC. Possui graduação em Tecnologia de Alimentos pelo Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial de Chapecó (2012), MBA em Gestão para Segurança de Alimentos pelo Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial de Florianópolis (2015), Mestrado em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela Universidade de Passo Fundo (2016). Doutorado em Ciência e tecnologia de alimentos na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Tem experiência como professora, consultora e pesquisadora na área de Ciência e Tecnologia de Alimentos, com ênfase em Tecnologia de leites e derivados, desenvolvimento de novos produtos, microbiologia de alimentos, biologia molecular, consultoria para empresas em Boas Práticas de Fabricação, análises de alimentos e implantação de Manual de BPFs e POPs. Tem experiência no desenvolvimento de novos produtos de origem animal e vegetal. Coordenou a organização e realização da Semana Acadêmica Integrada do Centro Universitário SENAI SC e seus campi. Membro efetivo do Conselho de Ciencia Tecnologia e Inovação do Municipio de Chapecó e Xanxerê. Membro efetivo do corpo editorial da Revista E-Tech: Tecnologias para a competitividade industrial. Tem duas premiações de professora destaque do Ensino Superior em Nível Estadual. Quatro premiações de nível Estadual e duas de nível Nacional no desenvolvimento de produtos inovadores. Foi participante do programa NASCER de pré-incubação de ideias inovadoras da FAPESC e premiada em 1 lugar como o melhor Pitch do NASCER polo de Chapecó.

Rubieli Carla Frezza Zeferino, Universidade Comunitária da Região de Chapecó, Unochapecó, Chapecó, 89809900, Santa Catarina, Brasil

Doutora em Engenharia Química pela UFSC (2021). Possui Mestrado em Engenharia de Alimentos pela URI (2016). Especialização em Ciência e Tecnologia de Alimentos pela UDESC (2014). Graduação em Engenharia Química pela UNOCHAPECÓ (2008). Possui experiência industrial nas áreas de pesquisa e desenvolvimento, controle de processo produtivo e desenvolvimento de projetos de aumento de produção, redução de custos e melhoria da qualidade, atuando no segmento de alimentos industrializados (2009-2015). Atua como docente no ensino superior desde 2012 em cursos de engenharia, principalmente na área de fenômenos de transporte, balanços materiais/energéticos e controle de processos. Possui experiência em pesquisas nas áreas de tratamento de efluentes, tecnologia de alimentos, catálise e desenvolvimento de materiais antimicrobianos.

Joseane Cristina Bassani, Instituto SENAI de Tecnologia de Alimentos e Bebidas, Chapecó, 89808400, Santa Catarina, Brasil

Doutoranda em Engenharia de Alimentos pela Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões (URI). Mestre em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos pela Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR/Pato Branco-PR. Especialista em Ciência e Tecnologia de Alimentos e graduada em Engenharia de Alimentos pela Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC. Tem experiência como responsável da qualidade substituta das normas ABNT NBR ISO/IEC 17043:2011 e ABNT NBR ISO17034:2017. Tem experiência como responsável técnica em laboratório de análises Físico-químicas em alimentos e meio ambiente. Auditora interna das normas ABNT NBR ISO/IEC 17025:2017 e ABNT NBR ISO/IEC 17043:2011. Atua como professora no SENAI - Departamento Regional de Santa Catarina nos cursos superiores de Tecnologia em Alimentos e nos cursos de pós-graduação. Atualmente é Consultora de Serviços Técnicos Especializados no SENAI Chapecó/SC, sendo coordenadora e responsável técnica do Provedor de Ensaios de Proficiência e Produtor de Materiais de Referência do Instituto SENAI/SC de Tecnologia. Com experiência nas áreas de química e microbiologia de alimentos, bebidas, alimentação animal, águas e efluentes e em cultivo e imobilização de microrganismos. Membro do CT-14 - Comissão Técnica de Produtores de Material de Referência da Cgcre e da ABNT/CEE-150 Comissão de Estudo Especial de Materiais de Referência. Pesquisadora em projeto de pesquisa de prospecção de bioinsumos para a cadeia de proteínas alternativas.

Guilherme Luiz Girardi, Instituto SENAI de Tecnologia de Alimentos e Bebidas, Chapecó, 89808400, Santa Catarina, Brasil

Possui graduação Tecnológica em Alimentos - Faculdade de Tecnologia Senai Chapecó (2018), Especialização em Análises Laboratoriais de Alimentos e Bebidas (2019), na mesma instituição. Possui Especialização em Docência do Ensino Superior e Tutoria de Educação a Distância (2021) e Especialização em Metodologia do Ensino de Geografia (2023) - Faculdade Batista de Minas Gerais. Licenciado em Geografia (2023), pela Universidade Federal da Fronteira Sul - Campus Chapecó. Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Geografia da UNIOESTE - Universidade Estadual do Oeste do Paraná - Campus Francisco Beltrão. Atua profissionalmente como Laboratorista Pleno no Instituto Senai de Tecnologia em Alimentos e Bebidas. Estuda microbiologia e desenvolve pesquisa na área de Palinologia do Quaternário.

Sabrina Cremonini, Instituto SENAI de Tecnologia de Alimentos e Bebidas, Chapecó, 89808400, Santa Catarina, Brasil

Possui graduação no Curso Superior de Tecnologia em Alimentos - SENAI - Departamento Regional de Santa Catarina (2016) e graduação em Técnico em Alimentos - SENAI - Departamento Regional de Santa Catarina (2013); Aperfeiçoamento e Qualificação em Análise Microbiológica de Alimentos - Universidade do Oeste de Santa Catarina, UNOESC, Brasil ? 2011.; Formação de Auditores Internos de Qualidade em Laboratórios segundo ABNT ISO 19011 - SENAI/DR/SC, Brasil ? 2017; Atualmente exerce a função de Técnico de laboratório , no cargo Técnico - Especialista no Laboratório Instituto SENAI de Tecnologia em Alimentos e Bebidas FIESC - SENAI - Departamento Regional de Santa Catarina. Tem experiência na área de Ciência e Tecnologia de Alimentos, com ênfase em Ciência e Tecnologia de Alimentos

Yara Munike Pereira Truppel, Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC, Joinville, 89219600, Santa Catarina, Brasil

Mestranda em Engenharia e Ciência Mecânicas na Universidade Federal de Santa Catarina, especialista em Engenharia da Qualidade, bacharel em Química Industrial e Técnica em Materiais, atuando como Especialista de Serviços Tecnológicos no Laboratório de Tecnologia e Caracterização de Materiais do Instituto SENAI de Inovação em Sistemas de Manufatura e Laser Joinville, com experiência em rotinas de laboratório de ensaios de caracterização de materiais, gestão da garantia da qualidade laboratorial e responsabilidade técnica nas áreas química e mecânica/metalurgia. Auditora de Sistemas de Gestão da Qualidade, consultora e professora. Pesquisadora na área de biomateriais.

Claudimir Antonio Carminatti, Universidade Federal de Santa Catarina, UFSC, Joinville, 89219600, Santa Catarina, Brasil

Engenheiro Químico formado pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), com Doutorado pela Pós-Graduação em Engenharia Química (CPGENQ) da UFSC. No período 2009-2010 foi bolsista do Programa Nacional de Pós-doutorado (PNPD) junto ao LABSEM/EQA/UFSC, trabalhando no desenvolvimento de processos utilizando membranas. Atualmente é Professor Associado III do CTJ/UFSC, sendo um dos fundadores do Laboratório de Polímeros e Materiais Compósitos (LPMC). Atua no desenvolvimento e caracterização de compósitos e nanocompósitos utilizando reforços cerâmicos (grafeno, nanoargilas, nanotubos de carbono) e resíduos agroindustriais.

Anderson de Carvalho Fernandes, Centro Universitário SENAI, UniSENAI, Campus Joinville, 89223001, Santa Catarina, Brasil

Doutorando em Ciência e Engenharia dos Materiais na Universidade do Estado de Santa Catarina (UDESC), mestre em Engenharia Mecânica (2014) pelo Centro Universitário Tupy (UNISOCIESC) e tecnólogo em Fabricação Mecânica pela UNISOCIESC. Atualmente é professor e pesquisador no Centro Universitário SENAI campus Joinville, atuando nos cursos superiores de Tecnologia em Fabricação Mecânica, Mecatrônica Industrial, Engenharia Mecânica, Engenharia da Produção e Engenharia de Controle e Automação. Tem experiência na área de Engenharia Mecânica, com ênfase em Moldes e Matrizes, atuando principalmente nos seguintes temas: Sistemas CAD/CAM, Tecnologias CNC, Engenharia Reversa e Manufatura Aditiva.

Bruna Zappelino Camillo, Centro Universitário SENAI, UniSENAI, Campus Joinville, 89223001, Santa Catarina, Brasil

Professora e pesquisadora no Centro Universitário SENAI Joinville. Doutora em Ciência e Engenharia dos Materiais pelo Programa de Pós-Graduação da UDESC/CCT. Sua tese visa a viabilização e avaliação do comportamento tribológico de ligas de titânio metaestáveis e atóxicas para implantes biomédicos. Mestre em Ciência e Engenharia dos Materiais pelo mesmo Programa (UDESC/CCT 2017). Desenvolveu sua pesquisa de mestrado visando o aumento de vida útil em moldes e ferramentas por meio de modificações superficiais (filmes cerâmicos, nitretação por plasma e tratamento térmico) em aços fabricados por metalurgia do pó. Graduação em Engenharia de Produção (UDESC/CCT 2015). Experiências profissionais: aplicação de ferramentas para produção puxada, lean manufacturing, troca rápida de ferramentas, simulação de sistemas produtivos usando software Arena e Plant Simulation; Engenharia da Qualidade: Planejamento e Análise de Experimentos (DOE) softwares Minitab e Rstudio e Controle Estatístico de Processo (CEP); Caracteriza e opera equipamentos para ensaios destrutivos de materiais, como: tribômetros do tipo pino sobre disco para avaliação de desgaste, equipamentos de tração, dureza, impacto, fluidez, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microscópio confocal.

Guilherme Grigolo Kielb, Instituto SENAI de Tecnologia de Alimentos e Bebidas, Chapecó, 89808400, Santa Catarina, Brasil

Estudante de Engenharia de Alimentos na Universidade Comunitária da Região de Chapecó - Unochapecó.Tem experiência na área de Ciência da Computação, com ênfase em desenvolvimento de softwares, design web e desenvolvimento de jogos. Desenvolveu trabalhos acadêmicos, tendo experiencia em todos os processos. Participou em eventos como o 7º SIEPE (Seminário Integrado de Ensino, Pesquisa e Extensão) edição de 2017 realizada pela Unochapecó e o SEPEI (Seminário de Ensino, Pesquisa, Extensão e Inovação - IFSC) edição 2018 realizada pelo Instituto Federal de Santa Catarina campus Florianópolis - Continente. Possui publicação do artigo Experimentação e tecnologia cerâmica, ganhador do Prêmio produção acadêmica - Pesquisa Ensino Médio (7º SIEPE).

Micheli Zanetti, Universidade Comunitária da Região de Chapecó, Unochapecó, Chapecó, 89809900, Santa Catarina, Brasil

Doutora em Engenharia Química pelo programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da UFSC (2018). Mestre em Engenharia Química pelo programa de Pós-Graduação em Engenharia Química da UFSC (2012). Especialização em Engenharia da Produção pela Unochapecó (2009). Graduação em Engenharia Química pela Universidade da Região de Chapecó - Unochapecó (2007). Atualmente trabalhando como professora das disciplinas de ABEX, Fenômenos dos Transportes/Mecânica dos Fluídos e Desenvolvimentos de Projetos - TCC. Professora e Pesquisadora do Programa de Pós Graduação em Tecnologia da Gestão e Inovação (Conceito Capes 5). Possui mais de 15 anos de experiência na agroindústria frigorífica, realizando consultorias na área de insensibilização de aves. Desenvolve pesquisas em desenvolvimento de novas moléculas de origem natural, visando aplicações na obtenção de novos produtos para aplicações biológicas.

Published

2025-06-21

How to Cite

Endres, C. M., Zeferino, R. C. F., Bassani, J. C., Girardi, G. L. ., Cremonini, S., Truppel, Y. M. P. ., … Zanetti, M. . (2025). ADVANCES AND CHALLENGES IN THE USE OF BACTERIAL CELLULOSE AS A BIO-INK FOR BIOPRINTING OF THREE-DIMENSIONAL STRUCTURES. Revista E-TECH: Tecnologias Para Competitividade Industrial - ISSN - 1983-1838, 18(1). https://doi.org/10.18624/e-tech.v18i1.1414

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