Los investigadores vieron una excelente reparación que era estructuralmente estable y restauró la consistencia y apariencia del material. Crédito:Imperial College London
Los investigadores del Imperial College de Londres han creado bloques de construcción en 3D que pueden curarse a sí mismos en respuesta al daño.
Los materiales vivos diseñados (ELM, por sus siglas en inglés) explotan la capacidad de la biología para curar y reponer material y podrían responder a los daños en entornos hostiles utilizando un sistema de detección y respuesta.
Este trabajo, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , podría conducir a la creación de materiales del mundo real que detectan y curan su propio daño, como arreglar una grieta en un parabrisas, un desgarro en el fuselaje de un avión o un bache en la carretera. Al integrar los bloques de construcción en materiales de construcción autorreparables, los científicos podrían reducir la cantidad de mantenimiento necesario y extender la vida útil y la utilidad de un material.
El autor principal, el profesor Tom Ellis, del Departamento de Bioingeniería de Imperial, dice que "en el pasado creamos materiales vivos con sensores incorporados que pueden detectar señales y cambios ambientales. Ahora hemos creado materiales vivos que pueden detectar daños y responder a ellos. sanándose a sí mismos ".
De la misma manera que la arquitectura utiliza piezas modulares que se pueden ensamblar en una variedad de estructuras de construcción, esta investigación demuestra que el mismo principio se puede aplicar al diseño y construcción de materiales a base de celulosa bacteriana.
Para crear ELM, los investigadores diseñaron genéticamente bacterias llamadas Komagataeibacter rhaeticus para que produzcan cultivos celulares fluorescentes en forma de esfera en 3D, conocidos como esferoides, y darles sensores que detecten daños. Organizaron los esferoides en diferentes formas y patrones, demostrando el potencial de los esferoides como bloques de construcción modulares.
Patrones y formas 3D hechos a partir de los esferoides. Crédito:Imperial College London
Utilizaron una perforadora para dañar una capa gruesa de celulosa bacteriana, el material similar a un andamio fabricado por algunas bacterias en el que se producen los ELM. Luego insertaron los esferoides recién crecidos en los agujeros y, después de incubarlos durante tres días, vio una excelente reparación que era estructuralmente estable y restauró la consistencia y apariencia del material.
El profesor Ellis dice que "al colocar los esferoides en el área dañada e incubar los cultivos, los bloques pudieron detectar el daño y hacer crecer el material para repararlo ".
El primer autor, el Dr. Joaquín Caro-Astorga del Departamento de Bioingeniería de Imperial dice que su "descubrimiento abre un nuevo enfoque donde los materiales cultivados pueden usarse como módulos con diferentes funciones como en la construcción. Actualmente estamos trabajando para albergar otros organismos vivos dentro de los esferoides que puede vivir junto con las bacterias productoras de celulosa.
"Los posibles materiales vivos que pueden provenir de esto son diversos:por ejemplo, con células de levadura que secretan proteínas de importancia médica, podríamos generar películas para curar heridas donde se producen hormonas y enzimas mediante un vendaje para mejorar la reparación de la piel ".
El aumento de la popularidad de la celulosa bacteriana por sus propiedades excepcionales es la respuesta al desafío mundial de encontrar nuevos materiales con comportamientos funcionales mejor adaptados.
Dr. Patrick Rose, director científico de la Oficina de Investigación Naval de los Estados Unidos en Londres Global, que financió parcialmente la investigación, dice que "el desafío es imitar y combinar las distintas características que ofrece la biología. No solo estamos tratando de emular esos sistemas, pero diseñar la biología para que tenga características adicionales que se adapten mejor a las necesidades que buscamos sin una intervención directa. Por último, queremos aumentar la vida útil de un producto, evitar fallas de los sistemas antes de que el problema sea visible a simple vista y hacer que el material piense por sí mismo ".
El siguiente paso para este grupo de investigadores es desarrollar nuevos bloques de construcción de esferoides con diferentes propiedades, como combinarlos con materiales como el algodón, grafito y gelatinas para crear diseños más complejos. Esto podría conducir a nuevas aplicaciones como filtros biológicos, parches biosensores médicos o electrónicos implantables.
"Esferoides de celulosa bacteriana como bloques de construcción para materiales vivos 3D y con patrones y para la regeneración" por Ellis et al., publicado el 19 de agosto de 2021 en Comunicaciones de la naturaleza .
