211service.com
Biomateriaal strekt zich uit als spieren
Veel onderzoeksgroepen proberen materialen te ontwikkelen met vergelijkbare eigenschappen als spieren. Een van de grote problemen is om iets te creëren met precies de juiste spierachtige elasticiteit - het vermogen om van vorm te veranderen terwijl het een grote belasting weerstaat. Nu hebben onderzoekers van de University of British Columbia (UBC) in Vancouver, Canada, een op eiwit gebaseerd materiaal gesynthetiseerd dat precies zo rekt als het echte werk.
Spierenbundel: Ringen gemaakt van op eiwit gebaseerde hydrogels worden weergegeven in ultraviolet licht (boven) en normaal licht (onder).
Het nieuwe materiaal bereikt de elasticiteit van spieren door de microscopische structuur na te bootsen van een gigantisch spiereiwit dat titine wordt genoemd. De structuur van titine lijkt op een touwtje met kralen - bolletjes gevouwen eiwitsequenties zijn verbonden door slappe, ongestructureerde sequenties. Hongbin Li, een chemicus bij de UBC, en zijn collega's construeerden het nieuwe materiaal dat deze structuur imiteert. Ze kozen een mechanisch stabiele eiwitsequentie die in zichzelf vouwt om bolletjes te vormen, en een ander eiwit genaamd resiline om te dienen als de floppy connectoren.
Het resultaat was een mini-titine, een eiwit dat qua structuur op titine lijkt, maar veel kleiner is, zegt Li. De onderzoekers koppelden de afzonderlijke eiwitstrengen chemisch aan elkaar om een hydrogel te vormen - een licht, vast materiaal dat voornamelijk uit water bestaat - en testten vervolgens de mechanische eigenschappen van het materiaal. Het team beschrijft het werk in een recent nummer van het tijdschrift Natuur .
Toen ze het materiaal testten, ontdekten Li en zijn collega's dat het zich gedroeg als echt spierweefsel. Als het een beetje wordt uitgerekt, stuitert het terug als een elastische rubberen band. Als ze krachtiger worden uitgerekt, ontvouwen de kraalachtige eiwitdomeinen zich, en het verdrijft wat energie voordat het terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat.
Het is een mooie stap in de richting van het opbouwen van een kunstmatige spier, zegt natuurkundige David Weitz van de Harvard University, wiens groep de structuur van spiereiwitnetwerken bestudeert. Andere groepen werken aan het maken van elektroactieve polymeren, die samentrekken wanneer ze worden gestimuleerd door een elektrisch signaal, zodat de spier kan worden gecontroleerd. Het huidige materiaal heeft deze functie niet, maar dat toevoegen zou de volgende stap zijn, zegt Weitz.
Kunstmatige spieren zouden ooit kunnen worden gebruikt als steigers voor het kweken van spieren om schade bij patiënten te herstellen; in biologisch compatibele apparaten voor medische toepassingen; zelfs om robots te besturen zonder motoren te gebruiken. Omdat eiwitten echter de neiging hebben om te ontrafelen bij hoge temperaturen en onder zware omgevingsomstandigheden, zijn ze niet ideaal voor industriële toepassingen.