Un equipo de expertos de la Universidad de Friburgo ha logrado desarrollar un músculo artificial a partir de proteínas naturales. Las contracciones autónomas del material, En un estudio que han presentado los científicos en la revista Advanced Intelligent Systems, se desvela que las contracciones autónomas del material se pueden controlar con la ayuda de cambios de pH y temperatura. Los movimientos son impulsadospor una reacción química que consume energía molecular para este propósito.
“Nuestro músculo artificial es todavía un prototipo”, asegura el principal autor del estudio, el profesor Stefan Schiller. “Sin embargo, la alta biocompatibilidad del material y la posibilidad de ajustar su composición para que coincida con un tejido en particular, podría allanar el camino para futuras aplicaciones en medicina reconstructiva, prótesis, farmacéutica o robótica blanda”.
En el pasado, los científicos ya tomaron proteínas naturales como base para desarrollar sistemas de músculos artificiales y las convirtieron en minúsculas máquinas moleculares o en polímeros. Sin embargo, aún no ha sido posible desarrollar materiales musculares sintéticos que sean totalmente de base biológica y se muevan de forma autónoma con la ayuda de la energía química.
El material utilizado por el equipo se basa en elastina, una proteína fibrosa natural que también se encuentra en los humanos, por ejemplo, dando elasticidad a la piel y los vasos sanguíneos. Siguiendo el modelo de esta proteína, los investigadores desarrollaron dos proteínas similares a la elastina, una de las cuales responde, por ejemplo, a las fluctuaciones del pH, la otra a los cambios de temperatura. Los científicos combinaron las dos proteínas por medio de enlaces cruzados fotoquímicos para formar un material bicapa. En este proceso es posible dar forma flexible al material y establecer la dirección de su movimiento.
Los investigadores lograron inducir las contracciones rítmicas utilizando una fuente de energía química como combustible, en este caso sulfito de sodio. En una reacción química oscilante en la que el pH cambia en ciclos debido a un enlace especial de varias reacciones, la energía añadida se convirtió en energía mecánica a través de estados de no equilibrio del material. De esta forma, los investigadores indujeron al material a contraerse de manera autónoma y cíclica.
También pudieron activar y desactivar las contracciones con la ayuda de los cambios de temperatura: la reacción química oscilante comenzó a una temperatura de alrededor de 20 grados centígrados y el material comenzó a realizar movimientos rítmicos. En el proceso, fue posible programar ciertos estados para que el material asumiera y restablecerlos nuevamente con otro estímulo. Los científicos lograron así un sistema simple para implementar el aprendizaje y el olvido a nivel material.
“Dado que se deriva de la proteína elastina natural y lo producimos nosotros a través de medios biotecnológicos, nuestro material se caracteriza por una alta sostenibilidad que también es relevante para las aplicaciones técnicas”, explica Schiller. “En el futuro, el material podría desarrollarse aún más para responder a otros estímulos, como la concentración de sal en el medio ambiente, y consumir otras fuentes de energía, como el malato derivado de la biomasa”.