Al correr, respirando y moviéndose, el cuerpo se deforma continuamente. ¿Cómo manejan los tejidos del cuerpo todas estas tensiones mecánicas? Publicando hoy en Física de la naturaleza , investigadores de la Universidad e Investigación de Wageningen (WUR) y el instituto AMOLF muestran cómo los dos componentes principales de los tejidos blandos, colágeno y ácido hialurónico, trabajan juntos para ajustar con precisión la respuesta mecánica de nuestros tejidos.

Este estudio avanza en la comprensión de cómo la materia biológica regula con precisión su función mediante la combinación de diferentes componentes. Explotando no solo sus propiedades individuales, sino también cómo interactúan estos componentes, abriendo así el camino para la síntesis de nuevos materiales poliméricos.

El lóbulo de una oreja es suave cuando se tira suavemente. Sin embargo, con tirones más insistentes y más fuerza, se pondrá muy rígido. La piel y la mayoría de los tejidos blandos del cuerpo. incluidos los lóbulos de las orejas, los músculos y el cartílago de las rodillas, tienen esta extraordinaria capacidad para cambiar drásticamente de blandas a rígidas cuando están sometidas a una gran deformación. Esta capacidad es crucial para el funcionamiento biológico:cuando el tejido es blando, las células pueden moverse. Al mismo tiempo, el tejido tiene que proteger las células y no debe romperse, y por lo tanto se vuelve más rígido cuando la deformación se vuelve demasiado grande.

Redes de colágeno en la piel.

El origen físico de este comportamiento mecánico especial es la estructura particular formada por las proteínas de colágeno, llamada red dispersa. Esto fue revelado en estudios in vitro previos, en el que se formaron redes de colágeno extraído de la piel de los animales directamente dentro de un reómetro, un instrumento que permite a los investigadores medir la respuesta de un material mientras lo deforma.

"Sin embargo, Los tejidos reales son mucho más complejos:están compuestos por diferentes moléculas que tienen diferentes tamaños e interactúan entre sí de formas aún desconocidas. "dice Simone Dussi, postdoctorado en el grupo de Química Física y Materia Blanda de WUR dirigido por el prof. Jasper van der Gucht. "Debido a esta complejidad, los tejidos reales son mucho más adaptables que las redes estudiadas hasta ahora, hecho solo de colágeno. Estábamos muy emocionados de ver los resultados experimentales obtenidos en AMOLF por Federica Burla en el grupo de prof. Gijsje Koenderink. Estudiaron sistemáticamente redes dobles donde el segundo componente más abundante de los tejidos, ácido hialurónico, era presente. Su presencia cambió significativamente la respuesta mecánica de las redes compuestas y estábamos ansiosos por entender por qué ".

Más rígido con ácido hialurónico

"A diferencia de las fibras de colágeno rígidas, El ácido hialurónico es un polímero mucho más pequeño y flexible que está cargado electrostáticamente. Debido a las interacciones electrostáticas, se acumula mucho estrés internamente durante la formación de la red. Este estrés se vuelve relevante cuando deforma el material, por ejemplo, al tirar de él. Primeramente, las redes con una mayor cantidad de ácido hialurónico ya son más rígidas con una pequeña deformación y, en segundo lugar, el cambio a la respuesta aún más rígida se produce con una deformación mayor, "explica Justin Tauber, Doctor. candidato en el mismo grupo. "Logramos construir un modelo teórico y realizamos simulaciones por computadora que coincidían con los resultados experimentales. Se identificaron los ingredientes clave:además de la estructura de la red y la rigidez a la flexión de las fibras de colágeno, la elasticidad y el estrés interno que genera el ácido hialurónico son cruciales. El modelo nos permite dar un paso más en la comprensión de cómo los tejidos reales aprovechan el equilibrio de todos estos efectos. Además, nuestros hallazgos se pueden traducir a la ciencia de los materiales para crear nuevos materiales poliméricos sintéticos con propiedades más ajustables ".

Los investigadores ahora están investigando cuándo y cómo se fracturan estas redes, en otro estudio inspirado en la biología del que podrían obtener inspiración para materiales artificiales más resistentes.