Biomateriał rozciąga się jak mięśnie

Wiele grup badawczych stara się opracować materiały o właściwościach zbliżonych do mięśni. Jedną z największych trudności jest stworzenie czegokolwiek z odpowiednią elastycznością, podobną do mięśni – jego zdolność do zmiany kształtu przy jednoczesnym wytrzymywaniu dużego obciążenia. Teraz naukowcy z University of British Columbia (UBC) w Vancouver w Kanadzie zsyntetyzowali materiał na bazie białka, który rozciąga się dokładnie tak, jak prawdziwy.

Dobrze zbudowany: Pierścienie wykonane z hydrożeli na bazie białek są widoczne w świetle ultrafioletowym (góra) i normalnym (dół).

Nowy materiał osiąga elastyczność mięśni naśladując mikroskopijną strukturę gigantycznego białka mięśniowego zwanego titin. Struktura tytyny przypomina strunę z kulkami – kuleczki pofałdowanych sekwencji białkowych są połączone wiotkimi, nieustrukturyzowanymi sekwencjami. Hongbin Li, chemik z UBC, wraz z kolegami skonstruowali nowy materiał imitujący tę strukturę. Wybrali mechanicznie stabilną sekwencję białkową, która składa się na siebie, tworząc kulki, oraz inne białko, zwane rezyliną, które służy jako łączniki dyskietek.

W rezultacie powstała minitytyna – białko, które strukturalnie przypomina titinę, ale jest znacznie mniejsze, mówi Li. Naukowcy chemicznie połączyli ze sobą poszczególne nici białek, tworząc hydrożel – lekki, stały materiał, który składa się głównie z wody – a następnie przetestowali właściwości mechaniczne materiału. Zespół opisuje pracę w najnowszym numerze czasopisma Natura .

Kiedy przetestowali materiał, Li i jego koledzy odkryli, że zachowuje się on podobnie jak prawdziwa tkanka mięśniowa. Po lekkim rozciągnięciu odbija się jak elastyczna gumka. Rozciągnięte bardziej energicznie, przypominające koraliki domeny białkowe rozwijają się i rozpraszają część energii, zanim powrócą do swojego pierwotnego stanu.

To niezły postęp na linii budowania sztucznego mięśnia, mówi fizyk David Weitz z Uniwersytetu Harvarda, którego grupa bada strukturę sieci białek mięśniowych. Inne grupy pracują nad stworzeniem elektroaktywnych polimerów, które kurczą się pod wpływem sygnału elektrycznego, dzięki czemu można kontrolować mięsień. Obecny materiał nie ma tej funkcji, ale dodanie tego byłoby kolejnym krokiem, mówi Weitz.

Sztuczne mięśnie mogą pewnego dnia zostać wykorzystane jako rusztowania do wzrostu mięśni w celu naprawy uszkodzeń u pacjentów; w biologicznie zgodnych urządzeniach do zastosowań medycznych; nawet do sterowania robotami bez użycia silników. Jednakże, ponieważ białka mają tendencję do rozpadania się w wysokich temperaturach i w trudnych warunkach środowiskowych, nie czyni to ich idealnymi do zastosowań przemysłowych.

ukryć