Los científicos han replicado con éxito la compleja estructura molecular de la seda de araña, hilandola utilizando glándulas artificiales, imitando el proceso natural de producción de una de las fibras más resistentes del mundo. Los científicos creen que este avance es un gran paso hacia la posibilidad de producir este material altamente adaptable y buscado con una amplia gama de usos en el mundo real.
Los investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles y el Clúster RIKEN para la Investigación Pionera lograron esta hazaña utilizando un nuevo método, construyendo una glándula de seda artificial diseñada para reflejar los cambios físicos y químicos que ocurren en el cuerpo de la araña.
No es fácil, hacer que la seda de araña artificial sea extremadamente desafiante debido a la dificultad de replicar estos complejos procesos biológicos. Las fibras de biopolímero están compuestas de proteínas grandes con secuencias altamente repetitivas conocidas como seda de araña. Las láminas beta son subestructuras moleculares de las fibras de seda de araña que deben disponerse cuidadosamente para darle a la seda sus impresionantes propiedades.
Más allá de eso, las glándulas artificiales requerirán mecanismos microfluídicos precisos que permitan a las proteínas autoensamblarse en fibras filamentosas que no solo se parecen a las reales, sino que también se comportan como tales.
"En este estudio, intentamos utilizar tecnología de microfluidos para simular el proceso de producción de seda de araña natural, que implica el flujo y la manipulación de pequeñas cantidades de líquido en canales estrechos", dijo Keiji Numata, quien dirigió la investigación en RIKEN. "De hecho, se podría decir que la glándula de seda de la araña es un dispositivo de microfluidos natural".
La glándula artificial, que se asemeja a una sencilla caja rectangular con canales empotrados a lo largo de su longitud, es el resultado de prueba y error en la creación del entorno adecuado para que un proceso complejo funcione como lo hace en la naturaleza. Un error fue usar la fuerza para empujar la proteína a través del sistema de microfluidos; se requirió presión negativa para sacar la solución de la médula espinal a través del dispositivo.
Sin embargo, una vez superado este obstáculo, el equipo pudo crear fibras de filamento continuo con láminas beta alineadas, lo que le dio al material propiedades similares a las de la naturaleza.
"Es sorprendente lo poderoso que puede ser el sistema de microfluidos una vez que se establecen y optimizan diferentes condiciones", dijo el científico Ali Malay, coautor del estudio. "El ensamblaje de las fibras fue espontáneo, extremadamente rápido y altamente reproducible. Es importante destacar que las fibras exhibieron una estructura en capas distinta que se encuentra en las fibras de seda natural".
La "alta reproducibilidad" es un atributo clave; la replicación exitosa tiene problemas de escalabilidad y cultivar arañas es casi imposible por razones logísticas y biológicas. La producción eficiente y de bajo costo de seda podría revolucionar la industria textil que daña el medio ambiente, y su biocompatibilidad la convierte en un candidato ideal para una variedad de usos médicos, incluidas suturas, ligamentos artificiales y cirugías de tejido conectivo.
"Lo ideal sería que tuviéramos un impacto en el mundo real", afirmó Numata. "Para hacer eso, necesitamos ampliar el método de producción de fibra y convertirlo en un proceso continuo. También usaremos múltiples métricas para evaluar la calidad de la seda de araña artificial y realizar más mejoras basadas en eso".
La investigación fue publicada en la revista Nature Communications.