La compleja estructura molecular de la seda de araña ha sido copiada con éxito mientras los científicos hilaban seda a partir de una glándula artificial que imita el proceso natural de producción de una de las fibras más resistentes del mundo. Los científicos creen que este avance es un gran paso para finalmente poder producir el material altamente adaptable y buscado que tiene usos generalizados en el mundo real.
Investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles de Japón y del Clúster RIKEN para la Investigación Pionera lograron la hazaña adoptando un nuevo enfoque, construyendo una glándula de seda artificial diseñada para reflejar los cambios físicos y químicos que ocurren en la de la araña. Y no fue fácil.
La dificultad para replicar estos complejos procesos biológicos ha hecho que la creación de seda de araña artificial sea extremadamente desafiante. La fibra biopolímera está formada por proteínas de gran tamaño con secuencias muy repetitivas llamadas espidroínas. Luego, las láminas beta, subestructuras moleculares dentro de las fibras de seda, deben alinearse para darle a la seda sus impresionantes características.
Además de esto, la glándula artificial requería mecanismos microfluídicos precisos para que las proteínas se autoensamblaran en fibras de seda que no sólo se veían sino que se comportaban como las reales.
«En este estudio, intentamos imitar la producción natural de seda de araña utilizando microfluidos, que implica el flujo y la manipulación de pequeñas cantidades de fluidos a través de canales estrechos», dijo Keiji Numata, quien dirigió la investigación en RIKEN. «De hecho, se podría decir que La glándula de seda de la araña funciona como una especie de dispositivo de microfluidos natural”.
La glándula artificial, que se asemeja a una caja rectangular anodina con canales dentados a lo largo de ella, fue el resultado de muchas pruebas y errores para crear el entorno adecuado para que los complejos procesos funcionen como en la naturaleza. Uno de esos errores fue usar la fuerza para empujar las proteínas a través del sistema de microfluidos; requirió presión negativa para hacer pasar la solución de espidroína a través del dispositivo.
Sin embargo, una vez que el equipo superó este obstáculo, pudieron fabricar fibras de seda continuas con láminas beta alineadas, lo que le dio al material su características similares a las de la naturaleza.
«Fue sorprendente lo robusto que era el sistema de microfluidos, una vez que se establecieron y optimizaron las diferentes condiciones», dijo el científico principal Ali Malay, coautor del estudio. «El ensamblaje de las fibras fue espontáneo, extremadamente rápido y altamente reproducible. Es importante destacar que las fibras exhibieron la estructura jerárquica distintiva que se encuentra en la fibra de seda natural».
“Altamente reproducible” es un atributo crucial; las replicaciones exitosas han tenido problemas de escalabilidad y cultivar arañas es casi imposible por razones logísticas y biológicas. Producir seda de manera económica y eficiente podría revolucionar una industria textil dañina para el medio ambiente, y su biocompatibilidad la convierte en un candidato ideal para diversos usos médicosincluyendo suturas, ligamentos artificiales y cirugías conectivas.
«Lo ideal es que tengamos un impacto en el mundo real», afirma Numata. «Para que esto ocurra, necesitaremos ampliar nuestra metodología de producción de fibra y convertirla en un proceso continuo. También evaluaremos la calidad de nuestra seda de araña artificial utilizando varias métricas y haremos más mejoras a partir de ahí».
El estudio fue publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
Fuente: Centro RIKEN para la ciencia de los recursos sostenibles a través de phys.org