Fibre muscolari sintetiche più resistenti del Kevlar, si può fare. Una rivoluzione?

"Indosseresti vestiti fatti di fibre muscolari?". È partendo da questa bizzarra domanda che i ricercatori della McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis hanno presentato il loro nuovo studio, pubblicato nelle scorse ore su Nature Communications. "Le useresti per allacciarti le scarpe o addirittura come cintura? Può sembrare un po' strano, ma se le fibre sopportano più energia prima di rompersi rispetto a cotone, seta, nylon o persino Kevlar, allora perché no?", continuano i ricercatori.

Le fibre muscolari in questione non sono state prodotte usando animali, bensì tramite un approccio di chimica sintetica per "polimerizzare le proteine ​​all'interno di microbi ingegnerizzati". In questo modo i microbi (Escherichia coli) sono stati in grado di produrre una proteina muscolare ad alto peso molecolare, la titina, che è stata poi trasformata in fibre.

"La sua produzione può essere conveniente e scalabile. Potrebbe permettere molte applicazioni a cui le persone avevano pensato in precedenza, ma con fibre muscolari naturali", ha dichiarato il professor Fuzhong Zhang.

La titina è una delle tre componenti proteiche principali di un tessuto muscolare umano insieme all'actina e alla miosina. Fondamentale per le sue proprietà meccaniche è la grande dimensione molecolare della titina. "È la proteina più grande nota in natura", ha spiegato il dottorando Cameron Sargent.

I ricercatori di tutto il mondo cercano da tempo di creare materiali con proprietà simili ai muscoli per diverse applicazioni, tra cui la robotica soffice. Per ora però si erano concentrati su polimeri derivati dal petrolio, qualcosa che si sposa poco con la sostenibilità.

Per aggirare alcuni problemi che impediscono ai batteri di produrre proteine grandi, i ricercatori hanno ingegnerizzato un batterio capace di assemblare segmenti più piccoli della proteina per creare polimeri ad altissimo peso molecolare con dimensioni di circa due megadalton, circa 50 volte la dimensione di una proteina batterica media. Hanno quindi utilizzato un processo di filatura a umido per convertire le proteine ​​in fibre con un diametro di circa 10 micron, un decimo dello spessore di un capello umano.

I ricercatori hanno poi analizzato le strutture di queste fibre per identificare i meccanismi molecolari che consentono una combinazione che porta a un'eccezionale robustezza, resistenza e capacità di smorzamento, o la capacità di dissipare energia meccanica sotto forma di calore.

A parte abiti eleganti o armature protettive (le fibre sono più resistenti del Kevlar, il materiale usato nei giubbotti antiproiettile), Sargent ha sottolineato che questo materiale ha anche molte potenziali applicazioni biomediche. Poiché è quasi identico alle proteine ​​presenti nel tessuto muscolare, questo materiale sintetico è probabilmente biocompatibile e potrebbe quindi essere un ottimo materiale per suture, ingegneria tissutale e così via.

"La bellezza del sistema è che è davvero una piattaforma che può essere applicata ovunque", ha affermato Sargent. "Possiamo prendere proteine ​​da diversi contesti naturali, inserirle in questa piattaforma per la polimerizzazione e creare proteine ​​più grandi e lunghe per varie applicazioni con una maggiore sostenibilità".

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