Os pesquisadores do Imperial College London criaram blocos de construção 3D que podem se curar em resposta a danos.

Os materiais vivos projetados (ELMs) exploram a capacidade da biologia de curar e reabastecer o material e podem responder a danos em ambientes hostis usando um sistema de detecção e resposta.

Este trabalho, publicado em Nature Communications , pode levar à criação de materiais do mundo real que detectam e curam seus próprios danos, como consertar uma rachadura no pára-brisa, um rasgo na fuselagem de uma aeronave ou um buraco na estrada. Ao integrar os blocos de construção em materiais de construção autocuráveis, os cientistas poderiam reduzir a quantidade de manutenção necessária e estender a vida e utilidade de um material.

O autor principal, Professor Tom Ellis, do Departamento de Bioengenharia do Imperial, diz que "no passado criamos materiais vivos com sensores embutidos que podem detectar sinais e mudanças ambientais. Agora criamos materiais vivos que podem detectar danos e responder a eles curando-se. "

Da mesma forma que a arquitetura usa peças modulares que podem ser montadas em uma variedade de estruturas de construção, esta pesquisa demonstra que o mesmo princípio pode ser aplicado ao projeto e construção de materiais à base de celulose bacteriana.

Para criar ELMs, os pesquisadores criaram bactérias geneticamente modificadas chamadas Komagataeibacter rhaeticus para que produzissem culturas de células em forma de esfera 3D fluorescentes, conhecidos como esferóides, e dar-lhes sensores que detectam danos. Eles organizaram os esferóides em diferentes formas e padrões, demonstrando o potencial dos esferóides como blocos de construção modulares.

Eles usaram um furador para danificar uma espessa camada de celulose bacteriana - o material semelhante a um andaime feito por algumas bactérias em que ELMs são produzidos. Eles então inseriram os esferóides recém-cultivados nos orifícios e, depois de incubá-los por três dias, viu um excelente reparo que era estruturalmente estável e restaurou a consistência e a aparência do material.

O professor Ellis diz que "ao colocar os esferóides na área danificada e incubar as culturas, os blocos foram capazes de sentir o dano e regenerar o material para repará-lo. "

O primeiro autor, Dr. Joaquin Caro-Astorga, do Departamento de Bioengenharia do Imperial, diz que sua "descoberta abre uma nova abordagem em que os materiais cultivados podem ser usados ​​como módulos com diferentes funções, como na construção. Atualmente, estamos trabalhando para hospedar outros organismos vivos dentro dos esferóides que pode conviver com as bactérias produtoras de celulose.

"Os possíveis materiais vivos que podem vir disso são diversos:por exemplo, com células de levedura que secretam proteínas medicamente relevantes, poderíamos gerar filmes de cicatrização de feridas onde hormônios e enzimas são produzidos por uma bandagem para melhorar o reparo da pele. "

O crescimento da popularidade da celulose bacteriana por suas excelentes propriedades é a resposta ao desafio mundial de encontrar novos materiais com comportamentos funcionais mais adequados.

Dr. Patrick Rose, diretor de ciências do US Office of Naval Research Global London, que financiou parcialmente a pesquisa, diz que "o desafio é imitar e combinar os recursos distintos que a biologia tem a oferecer. Não estamos apenas tentando emular esses sistemas, mas engenhe a biologia para ter recursos adicionais que sejam mais adequados às necessidades que buscamos sem intervenção direta. Em última análise, queremos aumentar a vida útil de um produto, evitar falhas de sistemas antes que o problema seja visível a olho nu e fazer com que o material pense por si mesmo. "

O próximo passo para este grupo de pesquisadores é desenvolver novos blocos de construção esferóides com propriedades diferentes, como combiná-los com materiais como algodão, grafite e gelatinas para criar designs mais complexos. Isso pode levar a novas aplicações, como filtros biológicos, eletrônicos implantáveis ​​ou patches de biossensores médicos.

"Esferóides de celulose bacteriana como blocos de construção para materiais vivos com padrões e 3D e para regeneração" por Ellis et al., publicado em 19 de agosto de 2021 em Nature Communications .