Proteine naturale folosite pentru dezvoltarea unui mușchi artificial autonom

Cercetătorii de la Universitatea din Freiburg au reușit să dezvolte un mușchi construit în mod exclusiv pe bază de proteine ​​naturale care poate să se contracte în mod autonom. Mișcările, controlate cu ajutorul modificărilor de pH și de temperatură, sunt conduse de o reacție chimică ce consumă energie moleculară în acest scop.
Mușchiul artificial este încă un prototip, însă, cu toate acestea, cercetătorii spun că biocompatibilitatea ridicată a materialului și posibilitatea de a-și ajusta compoziția pentru a se potrivi cu un anumit țesut ar putea deschide calea pentru aplicații viitoare în medicina reconstructivă, protetică, farmaceutică sau robotică moale.

În trecut, oamenii de știință au utilizat proteine ​​naturale ca bază pentru dezvoltarea sistemelor musculare artificiale și le-au construit în mașini moleculare minuscule sau în polimeri. Cu toate acestea, dezvoltarea unor materiale musculare sintetice care să fie în întregime organice și să se miște autonom cu ajutorul energiei chimice nu a fost încă posibil.

Materialul folosit de echipa de cercetători de la Universitatea din Freiburg se bazează pe elastină, o proteină fibroasă naturală care apare și la oameni, dând elasticitate pielii și vaselor de sânge. După modelul acestei proteine, cercetătorii au dezvoltat două proteine ​​asemănătoare elastinei, dintre care una răspunde, de exemplu, la fluctuațiile pH-ului, cealaltă la schimbările de temperatură. Oamenii de știință au combinat cele două proteine ​​prin reticulare fotochimică pentru a forma un material cu două straturi.

Cercetătorii au reușit să inducă contracțiile ritmice folosind o sursă de energie chimică drept combustibil, în acest caz sulfitul de sodiu. Într-o reacție chimică oscilantă în care pH-ul se modifică în cicluri datorită unei legături speciale a mai multor reacții, energia adăugată a fost convertită în energie mecanică prin stări de neechilibru ale materialului. În acest fel, cercetătorii au indus materialul să se contracte în mod autonom într-o manieră ciclică. De asemenea, au reușit să pornească și să oprească contracțiile cu ajutorul schimbărilor de temperatură: reacția chimică oscilantă a început la o temperatură de aproximativ 20°C, iar materialul a început să facă mișcări ritmice.

„Deoarece este derivat din proteina elastina naturală și este produsă de noi prin mijloace biotehnologice, materialul nostru este marcat de o durabilitate ridicată, care este relevantă și pentru aplicații tehnice”, explică autorii. „În viitor, materialul ar putea fi dezvoltat în continuare pentru a răspunde la alți stimuli, cum ar fi concentrația de sare din mediu și pentru a consuma alte surse de energie”.

sursa: Science Daily