Учені створили штучні м'язи з натуральних білків

Групі дослідників з університету Фрайбурзького вдалося розробити штучні м'язи, які використовують природні процеси в організмі. Команда під керівництвом Стівена Шиллера продемонструвала автономний м'яз, що згинається та рухається, споживаючи хімічне паливо, подібне до аналогів у людей або у тварин, повідомляє Advanced Science News.

Стиснення матеріалу можна контролювати за допомогою зміни кислотності середовища та температури.

Наш штучний м'яз все ще є прототипом. Проте висока біосумісність матеріалу та можливість коригування його складу для відповідності конкретним тканинам та технологічним застосуванням можуть прокласти шлях для майбутніх застосувань у реконструктивній медицині, протезуванні, фармацевтиці чи м'якій робототехніці, — розповідає Стівен Шиллер.

У минулому вчені застосовували натуральні білки для створення штучних м'язових систем, вбудовуючи їх у крихітні молекулярні машини чи полімери. Однак, їм не вдавалося повністю розробити біологічні синтетичні м'язи.

Штучні м'язи з еластину

Натуральний білок, використовуваний командою з Фрайбурга, заснований на природному білку волокнистому, званому еластином. Дослідники розробили два синтетичні еластиноподібні білки, один з яких реагує на коливання кислотності середовища, а інший — на зміни температури.

Учені об'єднали два білки за допомогою перехресного фотохімічного зв'язування, щоб сформувати шаруватий матеріал, якому можна легко надати форму, щоб задати напрямок його руху. Потім їм удалося викликати ритмічні скорочення за допомогою хімічного джерела палива, сульфіту натрію. У коливальній хімічній реакції, в якій кислотність змінюється циклами через особливий зв'язок декількох реакцій, додана енергія перетворювалася на механічну енергію.

Отже, дослідники змусили матеріал циклічно скорочуватися автономно. Вони також могли вмикати та вимикати скорочення за допомогою зміни температури. При цьому можна було запрограмувати певні стани матеріалу і знову скинути їх за допомогою іншого стимулу. Таким чином, учені створили просту систему реалізації "заучування та забування" на матеріальному рівні.

Оскільки він отриманий з білка еластину, що трапляється в природі, і виробляється за допомогою біотехнологічних засобів, наш матеріал відрізняється високою стійкістю, яка також актуальна для технічних застосувань, — пояснює Шиллер.

У майбутньому матеріал може бути доопрацьований для реагування на інші подразники, такі як електрика, концентрація солі в навколишньому середовищі, та для споживання інших джерел енергії, наприклад, отриманої з біомаси. Ми перебуваємо в стані, коли ми можемо розробляти концепції білкового матеріалу, що імітують складні біологічні функції, навіть щодо пам'яті та навчання, — підсумував Шиллер.

У майбутньому вчені припускають створювати білкові матеріали, які використовують АТФ, "валюту", якою обмінюються клітини, щоб використовувати нові підходи в біомедичних додатках, таких як регенерація тканин та нове покоління нанотехнологічних роботів для доставки ліків до людських органів.

Раніше Фокус повідомляв, що вже до кінця 2022 року на Землі з'являться "ліси" зі штучних дерев, які поглинатимуть вуглець з атмосфери.

У Сінгапурі вчені розробили штучний синапс, який можна використовувати для створення мозку на кшталт людського.

Аналогічне завдання вирішувала команда з Массачусетського технологічного інституту, яка створює штучний мозок на основі нейромережі.