Los investigadores han logrado crear un dispositivo que hila seda de ara\u00f1a artificial que se asemeja mucho a la que las ara\u00f1as producen naturalmente. La gl\u00e1ndula de seda artificial pudo recrear la compleja estructura molecular de la seda imitando los diversos cambios qu\u00edmicos y f\u00edsicos que ocurren naturalmente en la gl\u00e1ndula de seda de una ara\u00f1a.<\/p>\n\n\n\n
Esta innovaci\u00f3n ecol\u00f3gica es un gran paso hacia la sostenibilidad y podr\u00eda afectar a varias industrias. El estudio, dirigido por Keiji Numata en el Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles en Jap\u00f3n, junto con colegas del Grupo de Investigaci\u00f3n Pionera de RIKEN, se public\u00f3 en la revista Nature Communications.<\/p>\n\n\n\n
Famosa por su resistencia, flexibilidad y peso ligero, la seda de ara\u00f1a tiene una resistencia a la tracci\u00f3n comparable a la del acero del mismo di\u00e1metro y una relaci\u00f3n resistencia-peso incomparable. Sumado a eso, es biocompatible, lo que significa que puede usarse en aplicaciones m\u00e9dicas, adem\u00e1s de ser biodegradable. Entonces, \u00bfpor qu\u00e9 no todo est\u00e1 hecho de seda de ara\u00f1a? La recolecci\u00f3n a gran escala de seda de ara\u00f1as ha resultado poco pr\u00e1ctica por varias razones, dejando en manos de los cient\u00edficos desarrollar una forma de producirla en el laboratorio.<\/p>\n\n\n\n
La seda de ara\u00f1a es una fibra de biopol\u00edmero hecha de prote\u00ednas grandes con secuencias altamente repetitivas, llamadas espidro\u00ednas. Dentro de las fibras de seda hay subestructuras moleculares llamadas l\u00e1minas beta, que deben estar alineadas correctamente para que las fibras de seda tengan sus propiedades mec\u00e1nicas \u00fanicas. Recrear esta compleja arquitectura molecular ha desconcertado a los cient\u00edficos durante a\u00f1os. En lugar de intentar idear el proceso desde cero, los cient\u00edficos de RIKEN adoptaron un enfoque biomim\u00e9tico.<\/p>\n\n\n\n
Como explica Numata, “en este estudio, intentamos imitar la producci\u00f3n natural de seda de ara\u00f1a utilizando microfluidos, que implica el flujo y la manipulaci\u00f3n de peque\u00f1as cantidades de fluidos a trav\u00e9s de canales estrechos. De hecho, se podr\u00eda decir que la gl\u00e1ndula de seda de la ara\u00f1a funciona como una especie de dispositivo de microfluidos naturales”.<\/p>\n\n\n\n
El dispositivo desarrollado por los investigadores parece una peque\u00f1a caja rectangular con peque\u00f1os canales ranurados en ella. La soluci\u00f3n precursora de espidro\u00edna se coloca en un extremo y luego se tira hacia el otro extremo mediante presi\u00f3n negativa.<\/p>\n\n\n\n
A medida que las espidro\u00ednas fluyen a trav\u00e9s de los canales de microfluidos, est\u00e1n expuestas a cambios precisos en el entorno qu\u00edmico y f\u00edsico, que son posibles gracias al dise\u00f1o del sistema de microfluidos. En las condiciones adecuadas, las prote\u00ednas se autoensamblan formando fibras de seda con su caracter\u00edstica estructura compleja.<\/p>\n\n\n\n
Los investigadores experimentaron para encontrar estas condiciones correctas y finalmente pudieron optimizar las interacciones entre las diferentes regiones del sistema de microfluidos. Entre otras cosas, descubrieron que usar la fuerza para empujar las prote\u00ednas no funcionaba. S\u00f3lo cuando utilizaron presi\u00f3n negativa para extraer la soluci\u00f3n de espidro\u00edna se pudieron ensamblar fibras de seda continuas con la alineaci\u00f3n reveladora correcta de las l\u00e1minas beta.<\/p>\n\n\n\n
“Fue sorprendente lo robusto que era el sistema de microfluidos, una vez que se establecieron y optimizaron las diferentes condiciones”, dice el cient\u00edfico principal Ali Malay, uno de los coautores del art\u00edculo. “El ensamblaje de las fibras fue espont\u00e1neo, extremadamente r\u00e1pido y altamente reproducible. Es importante destacar que las fibras exhibieron la estructura jer\u00e1rquica distintiva que se encuentra en la fibra de seda natural”.<\/p>\n\n\n\n
La capacidad de producir fibras de seda artificialmente mediante este m\u00e9todo podr\u00eda proporcionar numerosos beneficios. No s\u00f3lo podr\u00eda ayudar a reducir el impacto negativo que la fabricaci\u00f3n textil actual tiene en el medio ambiente, sino que la naturaleza biodegradable y biocompatible de la seda de ara\u00f1a la hace ideal para aplicaciones biom\u00e9dicas, como suturas y ligamentos artificiales.<\/p>\n\n\n\n
“Lo ideal es que tengamos un impacto en el mundo real”, afirma Numata. “Para que esto ocurra, necesitaremos ampliar nuestra metodolog\u00eda de producci\u00f3n de fibra y convertirla en un proceso continuo. Tambi\u00e9n evaluaremos la calidad de nuestra seda de ara\u00f1a artificial utilizando varias m\u00e9tricas y haremos m\u00e1s mejoras a partir de ah\u00ed”.<\/p>\n\n\n\n