Fotografia de Lee Seung-Wuk e Chung Woojae
Fazer macarrão de um vírus
Cientistas em os EUA usaram um vírus comum para produzir materiais que se assemelham a pele e osso. Além de fornecer novos insights sobre como esses materiais se desenvolvem no mundo natural, o trabalho também traz a produção sintética de tecido no laboratório mais próximo da realidade.
Na natureza, os materiais completamente diferentes são muitas vezes montados a partir de muitas cópias da mesma molécula básica, como uma proteína. Colágeno tipo I, por exemplo, é uma molécula de proteína que pode combinar com várias outras substâncias químicas para formar pele, ossos ou mesmo tecido ocular. Este processo é chamado de auto-templating porque as moléculas individuais não são montados de acordo com um modelo externo. Em vez disso, fatores termodinâmicos como temperatura e concentração da solução são controlados para assegurar que a configuração desejada é aquela que é energeticamente favorecida.
Os cientistas estão ansiosos para imitar esses processos -, mas a extrema sensibilidade a fatores termodinâmicos que impulsiona a auto-templating faz tais moléculas extremamente difícil de trabalhar no laboratório. Com efeito, permanece um mistério como a natureza pode conseguir o controle de precisão que até agora tem escapado químico do laboratório.

Vai viral

Uma solução elegante para este problema é usar o fago M13 como uma unidade de base, ao invés de uma molécula como o colágeno.M13 é um vírus que ataca E. coli bactérias, mas é inofensivo aos seres humanos. É relativamente fácil de cultivar e de controle no laboratório, porque suas capas de proteína podem ser manipulados pela engenharia genética - um truque descoberto por Seung-Wuk Lee, Angela Belcher e seus colegas da Universidade do Texas em Austin em 2002.
Neste último trabalho, os pesquisadores liderados por Lee, agora na Universidade da Califórnia, Berkeley, eo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, analisaram as condições físicas em que diferentes estruturas moleculares formariam a partir de vírus geneticamente modificados M13. Eles começaram com placas sólidas imersas em uma solução de sal-vírus rica e cuidadosamente tirou as placas fora da solução, permitindo a solução de sal a evaporar, deixando uma fina película de vírus nas placas.
Como a concentração da solução de vírus foi aumentada, também fez a complexidade dos padrões nas placas. Em concentrações de 0,1-0,2 mg / ml, os pesquisadores viram um padrão simples alternância de cordilheiras e sulcos. No entanto, em uma concentração de 6 mg / ml, os padrões nas placas mostrou muito mais complexa, a ordem de longo alcance que os pesquisadores dizem que é uma reminiscência de secas macarrão.

Macarrão puxando

Os pesquisadores também investigaram o efeito da velocidade de extração. Eles descobriram que as propriedades ópticas desses "ramen-noodle-like" estruturas variadas distintamente dependendo de quão rápido a placa foi retirada da solução. Aumentando a velocidade puxando de 50 mm / min a 80 mM / min reduziu o pico de comprimento de onda refletido de um filme a partir de 490 nm para 388 nm. Os cientistas apontam que os materiais naturais com comprimentos de onda, tais são o que dão algumas penas de pássaros e conchas besouro deslumbrante cor estrutural.
A equipe produziu granel estruturas 3D usando seus filmes como substratos para cultivar células. As células cresceram de forma diferente em diferentes filmes. Em um substrato, os cientistas ainda conseguiu crescer tecido mineralizado semelhante ao esmalte do dente.
Lee sublinha que seu grupo não tem a pretensão de ter replicado os processos utilizados para produzir esses materiais no mundo natural - algo que ainda é pouco compreendida. "Acreditamos que o processo real de como a natureza produz desses materiais está muito longe de nosso processo, mas o importante é que começamos a testar a importância dos fatores cinéticos e então começar a engenheiro, e muito perto imitar, as estruturas que a natureza produz ", diz ele.
Belcher, que agora trabalha no Instituto de Tecnologia de Massachusetts e não estava envolvido no trabalho recente, está impressionado. "Acho que o aspecto mais interessante deste trabalho é a capacidade de usar um bloco de construção sintonizável geneticamente única molecular finamente a controlar a auto-modelagem e montagem de materiais em vários níveis de organização. Os pesquisadores então explorar essa ordenação de um conjunto diversificado de aplicações. Este sistema deve ser facilmente adaptado para outras aplicações e materiais ", diz ele.
A pesquisa é descrita na Nature .