Músculos artificiales hechos de proteína – ScienceDaily
Dr. Stefan Schiller y Dr. Matthias Huber de la Universidad de Friburgo nivelMatS Cluster of Excellence ha conseguido desarrollar un músculo exclusivamente a base de proteínas naturales. Las contracciones autónomas del material, que los investigadores presentaron en la revista Sistemas inteligentes avanzados, se puede controlar con la ayuda de cambios de pH y temperatura. Los movimientos son impulsados por una reacción química que consume energía molecular para este fin. «Nuestro músculo artificial es todavía un prototipo», dice Schiller. «Sin embargo, la alta biocompatibilidad del material y la capacidad de ajustar su composición para adaptarse a un tejido en particular podrían allanar el camino para futuras aplicaciones en medicina reconstructiva, protésica, farmacéutica o robótica blanda».
En el pasado, los científicos ya tomaron proteínas naturales como base para el desarrollo de sistemas de músculos artificiales y las construyeron en diminutas máquinas moleculares o polímeros. Sin embargo, aún no ha sido posible desarrollar materiales musculares sintéticos que sean totalmente de base biológica y se muevan de forma autónoma con la ayuda de la energía química.
Material a base de elastina de proteína natural
El material utilizado por el equipo de Freiburg se basa en elastina, una proteína fibrosa natural que también se encuentra en los humanos, por ejemplo, dando elasticidad a la piel y los vasos sanguíneos. Siguiendo el modelo de esta proteína, los investigadores desarrollaron dos proteínas similares a la elastina, una de las cuales responde, por ejemplo, a las fluctuaciones del pH, la otra a los cambios de temperatura. Los científicos combinaron las dos proteínas mediante reticulación fotoquímica para formar un material bicapa. En este proceso es posible dar forma flexible al material y establecer la dirección de su movimiento.
Las contracciones se pueden activar y desactivar con la ayuda de los cambios de temperatura.
Los investigadores pudieron inducir contracciones rítmicas utilizando una fuente de energía química como combustible, en este caso sulfito de sodio. En una reacción química oscilante donde el pH cambia en ciclos debido a un vínculo especial de múltiples reacciones, la energía añadida se convirtió en energía mecánica a través de estados de no equilibrio del material. De esta forma, los investigadores indujeron al material a contraerse de manera autónoma y cíclica. También pudieron activar y desactivar las contracciones con la ayuda de los cambios de temperatura: la reacción química oscilante comenzó a una temperatura de alrededor de 20 grados centígrados y el material comenzó a realizar movimientos rítmicos. Durante el proceso fue posible programar algunos estados que asumía el material y restaurarlos nuevamente con otro estímulo. Los científicos han creado así un sistema simple para implementar el aprendizaje y el olvido a nivel material.
«Debido a que se deriva de la proteína elastina natural y lo producimos a través de medios biotecnológicos, nuestro material se caracteriza por una alta sostenibilidad que también es relevante para las aplicaciones técnicas», explica Schiller. «En el futuro, el material podría desarrollarse aún más para responder a otros estímulos, como la concentración de sal en el medio ambiente, y para consumir otras fuentes de energía, como el malato derivado de la biomasa».
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por Universidad de Friburgo. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.