Método acelera o desenvolvimento de biomateriais sustentáveis de anos para minutos

Design de novo. Crédito:Materiais Avançados (2024). DOI:10.1002/adma.202312299

Um estudo publicado em Advanced Materials em 6 de maio de 2024, liderado por pesquisadores da VTT, apresenta uma abordagem transformadora que integra biologia sintética com aprendizado de máquina avançado e técnicas computacionais para acelerar significativamente o desenvolvimento de novos biomateriais.

“Ao aproveitar o poder da IA e da biologia sintética, conseguimos afinar e acelerar drasticamente o processo de design de novos materiais à base de proteínas, permitindo o rápido desenvolvimento de biomateriais com funcionalidades personalizadas, alcançando o que costumava levar anos em apenas meses, com potencial para reduzir ainda mais esse tempo para minutos", diz Pezhman Mohammadi, cientista sênior de pesquisa da VTT e chefe do estudo.

Ao utilizar algoritmos de aprendizado de máquina, a equipe de pesquisa da VTT conseguiu filtrar com eficiência milhares de estruturas de proteínas para identificar os candidatos mais promissores para síntese em laboratório.

Acelerando aplicações de alta demanda, como materiais inteligentes

Espera-se que os novos biomateriais de alto desempenho à base de proteínas desenvolvidos através deste método substituam os materiais à base de fósseis e tragam propriedades revolucionárias para aplicações de alta demanda, como injetáveis medicinais e materiais inteligentes, para citar alguns. A pesquisa demonstrou o uso eficaz de estratégias de design biomimético híbrido e de novo, combinando insights das capacidades de design da própria natureza para criar materiais inovadores a partir do zero.

Instantâneos da simulação de dinâmica molecular mostrando a automontagem programável da proteína em escala molecular. Crédito:Materiais Avançados (2024). DOI:10.1002/adma.202312299

"A biologia sintética permite a produção de estruturas complicadas presentes na natureza. Através desta abordagem, não estamos apenas replicando as propriedades extraordinárias dos materiais naturais, mas também melhorando-as para atender a necessidades funcionais específicas, indo um passo além da evolução. A capacidade de produzir materiais rapidamente com propriedades personalizadas abre novos horizontes para inovação em biotecnologia e ciência de materiais", diz Pezhman.

A publicação em Materiais Avançados marca um marco significativo no campo multidisciplinar da biotecnologia de materiais e mostra o potencial das ciências integradas na resolução de desafios globais complexos.

A equipe de pesquisa, incluindo colaboradores da VTT, da Academia Polonesa de Ciências, da Universidade Temple, da Universidade Tecnológica de Nanyang e da Universidade Aalto, traz diversos conhecimentos em biologia, química, física, ciência de dados, aprendizado de máquina, IA e ciência computacional. Juntos, eles continuam a refinar essas técnicas inovadoras e a expandir suas aplicações num futuro próximo.

"À medida que avançamos, prevemos que a fusão da biotecnologia, dos processos de biorrefinaria, da automação, da biologia sintética, bem como dos papéis fundamentais da aprendizagem automática e da IA - todos sustentados pela biointeligência - transformará dramaticamente a produção.

"Esta abordagem abrangente permite o design e a produção rápidos e precisos de biomateriais, aproveitando a automação para agilizar e dimensionar as operações de forma eficiente. A convergência de todas essas tecnologias não apenas acelera a inovação, mas também permite uma mudança radical em direção a métodos de produção mais personalizados e sustentáveis em vários setores, que oferecem soluções personalizadas com impacto ambiental mínimo, revolucionando as práticas da indústria", afirma Pezhman.

O estudo, intitulado "Engenharia Acelerada de Materiais Baseados em ELP através de Design Molecular Preditivo Biomimético Híbrido-De Novo", demonstra como a colaboração de especialistas de diversas áreas, incluindo biologia sintética, inteligência artificial, simulação de dinâmica molecular e muito mais, levou ao criação de novos biomateriais que sejam sustentáveis e altamente funcionais.

Mais informações: Timo Laakko et al, Engenharia Acelerada de Materiais Baseados em ELP através de Projeto Molecular Preditivo Biomimético Híbrido-De Novo, Materiais Avançados (2024). DOI:10.1002/adma.202312299
Informações do diário: Materiais Avançados

Fornecido pelo Centro de Pesquisa Técnica VTT da Finlândia

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