Los sistemas biológicos son verdaderamente representativos de un fenómeno macroscópico complejo, siendo controlado agudamente por redes microscópicas de reacción química. A medida que los científicos buscan crear un material adaptable y receptivo realista, la investigación se ha intensificado en imitaciones sintéticas de procesos biológicos rudimentarios.

Uno de esos procesos biológicos es el crecimiento controlado de proteínas citoesqueléticas. Además de actuar como un nanoesqueleto para mantener la forma celular, Los ensamblajes de estas proteínas son responsables de distribuir los nutrientes dentro de una célula. Por lo tanto, controlan casi todos los procesos importantes dentro de la celda, de la división a la distribución de fuerzas. Sería seguro suponer que las vías de control de ensamblaje de estas proteínas son un factor clave en el comportamiento adaptativo y receptivo de una célula. La parte clave de este proceso es un sistema metabólico alimentado por ATP que programa la tasa de crecimiento y descomposición de estos conjuntos de una manera relacionada con el tiempo. También se mantiene un estrecho control sobre el tamaño de estos conjuntos, ya que el tamaño se relaciona directamente con la eficacia funcional de un sistema.

En un estudio publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza , Científicos del Centro Jawaharlal Nehru de Ciencia e Investigación Avanzadas (JNCASR) y del Instituto de Biología de Células Madre y Medicina Regenerativa (inStem) crearon una mímica sintética minimalista de redes citoesqueléticas con programación estructural y temporal. El trabajo se centra en el crecimiento controlado impulsado por reacciones de un sistema molecular monomérico de dos componentes.

"Este sistema monomérico sintético está elegantemente diseñado para dar lugar a una reacción primaria que convertiría un sistema monomérico inactivo (que no se ensambla) en uno activo (que desencadena el ensamblaje) tras la adición de alquilaminas (combustible), "dijo el Dr. Subi George, profesor asociado en JNCASR.

Muestran que esta reacción se puede utilizar para controlar con precisión el crecimiento unidimensional (nanofibras) de los conjuntos resultantes mediante la disponibilidad controlada de combustible. El crecimiento de estas estructuras nanofibrosas es impulsado por interacciones intermoleculares muy débiles (polimerización supramolecular) como reacciones hidrofóbicas similares a las bicapas lipídicas en las membranas e interacciones aromáticas similares al apilamiento de nucleobases en el ADN. y por lo tanto son altamente dinámicos y tienen características de autorreparación como muchos conjuntos biológicos.

"Mientras que los sistemas biológicos modulan elegantemente el autoensamblaje con gran precisión, impartir propiedades de polimerización vivas y transitorias en anfífilos químicos ha sido una tarea abrumadora hasta ahora. El diseño de un anfífilo formador in situ nos permitió estudiar las estructuras dinámicas ensambladas a voluntad, "dijo el Dr. Praveen Kumar Vemula.

Mediante análisis espectroscópicos y microscópicos detallados, establecieron este crecimiento para "vivir" en la naturaleza, resultando en ensamblajes con una distribución de tamaño muy estrecha (monodispersa). El sistema se desarrolló aún más al acoplar el crecimiento con escenarios químicos elegidos de manera única, de modo que se estableciera el control sobre la cinética de crecimiento y desensamblaje. Como resultado, Se realizó una red transitoria programada en el tiempo de conjuntos fibrosos. En ambos casos, la manipulación de características temporales clave fue desde unos pocos segundos hasta miles de segundos. Este estudio, por tanto, representa un paso clave en el desarrollo de adaptativos, natural, materiales supramoleculares.

"Tenemos, por primera vez, demostró que cada característica temporal de la polimerización supramolecular puede controlarse químicamente y acoplarse aún más a otras reacciones participantes similares a un sistema biológico, "dijo Ankit Jain, autor principal del artículo.

"Controlar las nanoarquitecturas autoensambladas utilizando estímulos como enzimas y pH ha sido fascinante, "dice Ashish Dhayani, autor del artículo.

"Este trabajo es un avance significativo para diseñar sistemas activos biomiméticos que operan en condiciones fuera de equilibrio, con programación espacio-temporal en comparación con la mayoría de los sistemas pasivos sintéticos reportados hasta ahora, que funcionan en equilibrio termodinámico con solo complejidad espacial, "dijo Shikha Dhiman, coautor del artículo.

El próximo desafío es construir sistemas sintéticos que se parezcan a la vida y que puedan pensar, aprender y adaptarse como lo hacen los seres vivos. Este estudio es uno de esos pasos iniciales, pero todavía se requiere mucha investigación para emular completamente los procesos naturales. El equipo espera aplicar este principio y utilizar estas nanoarquitecturas dinámicas de autoensamblaje en sistemas biológicos.