Científicos desarrollan nuevo material con superpoderes inspirado en las lapas

Científicos desarrollan nuevo material con superpoderes inspirado en las lapas


07 de julio de 2022

(Noticias de Nanowerk) Los pequeños moluscos acuáticos parecidos a caracoles usan una lengua plagada de diminutos dientes microscópicos para raspar la comida de las rocas y llevársela a la boca.

Estos dientes contienen un compuesto duro pero flexible que resultó ser en 2015 el material biológico más fuerte conocido, mucho más fuerte que la seda de araña y comparable a las sustancias hechas por el hombre, incluida la fibra de carbono y el Kevlar.

Ahora, el equipo ha imitado con éxito la formación de dientes de lapas en un laboratorio y lo ha utilizado para crear un nuevo biomaterial compuesto.

El estudio publicado en la revista comunicación de la naturaleza («Generación biomimética del biomaterial más fuerte conocido que se encuentra en el diente de lapa»), sugiere que tiene el potencial de convertirse en algo que podría rivalizar con la resistencia y flexibilidad de los plásticos, pero sin generar otros más dañinos. Los productos de desecho podrían eliminarse. de. Biomaterial inspirado en la lapa coloreado con tinte azul de Prusia que se une al hierro Biomaterial inspirado en la lapa coloreado con tinte azul de Prusia que se une al hierro. (Imagen: Universidad de Portsmouth)

Dr. autor principal Robin Rumney, de la Facultad de Farmacia y Ciencias Biomédicas de la universidad, dijo: «Los compuestos totalmente sintéticos como el Kevlar están ampliamente disponibles, pero los procesos de fabricación pueden ser tóxicos y los materiales difíciles y costosos de reciclar.

«Aquí tenemos un material que es potencialmente mucho más sostenible en términos de cómo se obtiene y fabrica, y que puede biodegradarse al final de su ciclo de vida».

Se cree que el secreto de la fuerza del diente de conejo es una estructura única que contiene una combinación de fibras flexibles y densamente empaquetadas de un material de andamiaje llamado quitina intercaladas con finos cristales de un mineral que contiene hierro llamado goethita. Estas fibras se unen de manera similar a como se pueden usar las fibras de carbono para reforzar el plástico.

Los investigadores desarrollaron métodos que permitieron que estas poblaciones de células crecieran fuera de su entorno natural en vidrio recubierto de suero, donde depositaron quitina y óxido de hierro, como en el diente de lapa.

Sorprendentemente, después de dos semanas, se autoorganizaron en estructuras que se asemejan al órgano de lapa conocido como rádula, que forma los dientes. Este tipo de regeneración extremadamente poderosa también se ha observado en las esponjas, pero carecen de la compleja disposición de tejidos y órganos que se encuentran en las lapas y otros moluscos.

dr. Rumney incluso encontró formas de hacer crecer bandas dentales a partir de muestras de tejido y dientes individuales de poblaciones que contenían células madre.

«Pasé seis meses configurando este proceso», agregó.

«Revisé todos los tipos de permutaciones que se me ocurrieron sobre lo que necesitarían las células y cómo crecerían.

«Es muy diferente al cultivo de bacterias o células cancerosas que normalmente crecen en un entorno de laboratorio, por lo que tuvimos que averiguar desde cero qué funcionaría».

Después de replicar con éxito la formación de los dientes de la lapa, el equipo pudo producir muestras de biomaterial de medio centímetro de ancho. Lo hicieron mineralizando una capa de quitina, un producto de desecho de la industria pesquera que se encuentra en los exoesqueletos de crustáceos, cangrejos y camarones.

Después de proporcionar la prueba de concepto, el Dr. Rumney y el equipo están investigando la posibilidad de que estos minidiscos se amplíen y se produzcan en masa.

Él dijo: «Nuestro próximo paso es encontrar otras formas de lograr la formación de hierro, por lo que estamos estudiando las secreciones de las células de lapa para comprenderlo mejor». Si funciona realmente bien, ya tenemos las lecturas del órgano, por lo que podemos seleccionar los genes de interés y, con suerte, convertirlos en bacterias o levaduras para cultivarlos a gran escala.

«Obviamente, estamos teniendo una crisis de plástico en los océanos en este momento, y creo que es una buena simetría que podamos aprender de un animal marino cómo protegerlo mejor reemplazando el uso de plástico con un sustituto biológico».

“Este fue un proyecto verdaderamente interdisciplinario, con el apoyo total de biólogos marinos y la participación activa de nuestro bioinformático residente, quien cuantificó todas las lecturas de la rádula, que forma los dientes. Tampoco podríamos haber logrado nuestros objetivos sin los ingenieros que realizaron el análisis de rayos X y las pruebas mecánicas, y los químicos que ayudaron a desarrollar el material”.

El profesor Darek Gorecki de la Facultad de Farmacia y Ciencias Biomédicas de la Universidad de Portsmouth, autor principal del artículo, dijo: «Comencé esto como un proyecto de curiosidad con el desafío de ver si podíamos cultivar células a partir de la rádula de lapa usando principios que aplicaban en mi laboratorio para el cultivo de células de mamíferos.

“No fue solo una investigación azul cielo donde las aplicaciones del mundo real no son evidentes de inmediato, fue casi un proyecto futuro. Cuando funciona, la ciencia aquí está en su mejor momento”.



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