I ricercatori dell'Imperial College di Londra hanno creato blocchi 3D in grado di ripararsi da soli in risposta ai danni. Questi speciali "Mattoni viventi" ingegnerizzati sfruttano la capacità della biologia di guarire e ricostituire il materiale.
Il lavoro, pubblicato su Nature Communications, potrebbe portare alla creazione di materiali che rilevano e curano i propri danni. Materiali in grado di riparare una crepa in un parabrezza, uno strappo nella fusoliera di un aereo o una buca nella strada.
Mattoni viventi che si riparano da soli
Integrando gli elementi costitutivi in materiali da costruzione autorigeneranti, gli scienziati potrebbero ridurre la quantità di manutenzione necessaria e prolungare la vita e l'utilità di un materiale.
In passato abbiamo creato biomateriali viventi con sensori integrati in grado di rilevare segnali e cambiamenti ambientali. Ora abbiamo creato ‘mattoni’ viventi in grado di rilevare i danni e rispondere ad essi. Curandosi e riparandosi da soli.
Tom Ellis, Dipartimento di Bioingegneria dell'Imperial College, primo autore dello studio
Come funzionano i materiali autorigeneranti?
Allo stesso modo in cui l'architettura utilizza mattoni modulari che possono essere assemblati in una varietà di strutture edilizie, questa ricerca dimostra che lo stesso principio può essere applicato alla progettazione e alla costruzione di materiali a base di cellulosa batterica.
Per creare questi materiali, i ricercatori hanno ingegnerizzato geneticamente batteri chiamati komagataeibacter rheticus per far produrre loro colture cellulari fluorescenti a forma di sfera 3D, note come sferoidi, e per fornire loro sensori che rilevano i danni. Hanno poi organizzato gli sferoidi in diverse forme e modelli, dimostrando il potenziale degli sferoidi come “mattoni modulari”.
I risultati
Il team ha usato un perforatore per danneggiare uno spesso strato di cellulosa batterica, un materiale simile a un'impalcatura prodotto da alcuni batteri. Hanno quindi inserito gli sferoidi appena cresciuti nei fori e, dopo averli incubati per tre giorni, hanno visto un'eccellente riparazione, strutturalmente stabile, che ha ripristinato la consistenza e l'aspetto del materiale.
Posizionando gli sferoidi nell'area danneggiata e incubando le colture, i mattoni viventi sono stati in grado sia di percepire il danno che di far ricrescere il materiale per ripararlo.
Tom Ellis
Questa scoperta apre un nuovo approccio in cui i materiali coltivati possono essere utilizzati come moduli con funzioni supplementari a quelle costruttive.
Le possibili applicazioni: mattoni viventi per ogni utilizzo
I possibili mattoni viventi che possono derivare da questo sono tanti: ad esempio, con le cellule di lievito che secernono proteine rilevanti dal punto di vista medico, si potrebbero realizzare pellicole che riparano la pelle, producendo da sole gli ormoni e gli enzimi necessari.
La sfida è imitare e combinare le diverse caratteristiche che la biologia ha da offrire. Non si tratta solo di emulare quei sistemi, ma di ingegnerizzare la biologia per darle funzionalità aggiuntive.
Il prossimo passo per questo gruppo di ricercatori è sviluppare nuovi mattoni viventi, sferoidi con proprietà diverse. Serve anche combinarli con materiali come cotone, grafite e gelatine per creare progetti più complessi.
Le ricerche potrebbero portare a nuovi dispositivi elettronici impiantabili, o a cerotti per biosensori medici.
