Ao correr, respirando e se movendo, o corpo está continuamente se deformando. Como os tecidos do corpo lidam com todas essas tensões mecânicas? Publicando hoje em Física da Natureza , pesquisadores da Wageningen University &Research (WUR) e do AMOLF institute mostram como os dois principais componentes dos tecidos moles, colágeno e ácido hialurônico, trabalham juntos para ajustar com precisão a resposta mecânica de nossos tecidos.

Este estudo avança a compreensão de como a matéria biológica regula precisamente sua função ao combinar diferentes componentes. Explorando não apenas suas propriedades individuais, mas também como esses componentes interagem, e assim abrindo o caminho para a síntese de novos materiais poliméricos.

O lóbulo da orelha é macio quando puxado suavemente. Contudo, com puxões mais insistentes e mais força, ficará muito rígido. A pele e a maioria dos tecidos moles do corpo, incluindo lóbulos das orelhas, músculos e cartilagem nos joelhos, têm essa capacidade extraordinária de mudar drasticamente de macios para rígidos quando são submetidos a grandes deformações. Essa habilidade é crucial para o funcionamento biológico:quando o tecido é macio, as células podem se mover. Ao mesmo tempo, o tecido tem que proteger as células e não deve quebrar, e, portanto, torna-se mais rígido quando a deformação se torna muito grande.

Redes de colágeno na pele

A origem física deste comportamento mecânico especial é a estrutura particular formada pelas proteínas de colágeno, chamada de rede esparsa. Isso foi revelado em estudos in-vitro anteriores, em que redes de colágeno extraídas da pele de animais foram formadas diretamente dentro de um reômetro, um instrumento que permite aos pesquisadores medir a resposta de um material ao deformá-lo.

"Contudo, tecidos reais são muito mais complexos:eles são compostos de moléculas diferentes que têm tamanhos diferentes e interagem entre si de maneiras ainda desconhecidas, "diz Simone Dussi, pós-doutorado no grupo WUR Físico-Química e Matéria Mole liderado pelo prof. Jasper van der Gucht. "Por causa dessa complexidade, tecidos reais são muito mais adaptativos do que as redes estudadas até agora, feito apenas de colágeno. Ficamos muito animados com os resultados experimentais obtidos na AMOLF por Federica Burla no grupo do prof. Gijsje Koenderink. Eles estudaram sistematicamente redes duplas, onde o segundo componente mais abundante dos tecidos, ácido hialurônico, estava presente. Sua presença mudou significativamente a resposta mecânica das redes compostas e estávamos ansiosos para entender o porquê. "

Mais rígido com ácido hialurônico

"Em contraste com as fibras de colágeno rígidas, o ácido hialurônico é um polímero muito menor e mais flexível com carga eletrostática. Por causa das interações eletrostáticas, muito estresse é gerado internamente durante a formação da rede. Essa tensão se torna relevante quando você deforma o material, por exemplo, ao puxá-lo. Em primeiro lugar, as redes com maior quantidade de ácido hialurônico já são mais rígidas em pequenas deformações e, em segundo lugar, a mudança para uma resposta ainda mais rígida ocorre em uma deformação maior, "explica Justin Tauber, Ph.D. candidato do mesmo grupo. “Conseguimos construir um modelo teórico e realizar simulações em computador que corresponderam aos resultados experimentais. Os ingredientes-chave foram identificados:além da estrutura da rede e da rigidez de flexão das fibras de colágeno, a elasticidade e o estresse interno gerado pelo ácido hialurônico são cruciais. O modelo nos permite dar um passo adiante no entendimento de como os tecidos reais exploram o equilíbrio de todos esses efeitos. Além disso, nossas descobertas podem ser traduzidas em ciência de materiais para criar novos materiais poliméricos sintéticos com propriedades mais ajustáveis. "

Os pesquisadores agora estão investigando quando e como essas redes se rompem, em outro estudo inspirado na biologia, a partir do qual eles podem obter inspiração para materiais mais resistentes feitos pelo homem.