Os cientistas replicaram com sucesso a complexa estrutura molecular da seda da aranha, girando-a usando glândulas artificiais, imitando o processo natural de produção de uma das fibras mais resistentes do mundo. Os cientistas acreditam que esta descoberta é um grande passo para eventualmente sermos capazes de produzir este material altamente adaptável e procurado, com uma ampla gama de utilizações no mundo real.
Pesquisadores do Centro RIKEN para Ciência de Recursos Sustentáveis e do Cluster RIKEN para Pesquisa Pioneira alcançaram esse feito usando um novo método, construindo uma glândula de seda artificial projetada para refletir as mudanças físicas e químicas que ocorrem no corpo da aranha.
Não é fácil, tornando a seda artificial de aranha extremamente desafiadora devido à dificuldade de replicar esses processos biológicos complexos. As fibras de biopolímero são compostas por grandes proteínas com sequências altamente repetitivas conhecidas como seda de aranha. Folhas beta são subestruturas moleculares em fibras de seda de aranha que devem ser organizadas ordenadamente para dar à seda suas propriedades impressionantes.
Além disso, as glândulas artificiais exigirão mecanismos microfluídicos precisos que permitam que as proteínas se auto-montem em fibras filamentosas que não apenas se parecem com as reais, mas também se comportam como reais.
“Neste estudo, tentamos usar a tecnologia microfluídica para simular o processo de produção da seda natural de aranha, que envolve o fluxo e a manipulação de pequenas quantidades de fluido em canais estreitos”, disse Keiji Numata, que liderou a pesquisa na RIKEN. “Na verdade, pode-se dizer que a glândula de seda da aranha é um dispositivo microfluídico natural”.
A glândula artificial, que se assemelha a uma caixa retangular despretensiosa com canais recuados ao longo de seu comprimento, é o resultado de tentativa e erro na criação do ambiente certo para que um processo complexo funcione como na natureza. Um erro foi usar a força para empurrar a proteína através do sistema microfluídico; foi necessária pressão negativa para puxar a solução da medula espinhal através do dispositivo.
Uma vez superado esse obstáculo, no entanto, a equipe conseguiu criar fibras de filamentos contínuos com folhas beta alinhadas, conferindo ao material propriedades semelhantes às da natureza.
“É surpreendente o quão poderoso o sistema microfluídico pode ser, uma vez que diferentes condições são estabelecidas e otimizadas”, disse o cientista sênior Ali Malay, coautor do estudo. “A montagem das fibras foi espontânea, extremamente rápida e altamente reprodutível. É importante ressaltar que as fibras exibiram uma estrutura em camadas distinta encontrada nas fibras de seda natural.”
“Alta reprodutibilidade” é um atributo chave; a replicação bem-sucedida tem problemas de escalabilidade e cultivar aranhas é quase impossível por razões logísticas e biológicas. A produção eficiente e de baixo custo de seda pode revolucionar a indústria têxtil prejudicial ao meio ambiente, e sua biocompatibilidade a torna uma candidata ideal para uma variedade de usos médicos, incluindo suturas, ligamentos artificiais e cirurgias de tecido conjuntivo.
“Idealmente, queremos ter um impacto no mundo real”, disse Numata. “Para fazer isso, precisamos ampliar o método de produção de fibra e torná-lo um processo contínuo. Também usaremos múltiplas métricas para avaliar a qualidade da seda artificial da aranha e fazer melhorias adicionais com base nisso.”
A pesquisa foi publicada na revista Nature Communications.