Biomaterial sträcker sig som muskler

Många forskargrupper försöker utveckla material med liknande egenskaper som muskler. En av de stora svårigheterna är att skapa vad som helst med precis rätt muskelliknande elasticitet – dess förmåga att ändra form samtidigt som den tål en stor påfrestning. Nu har forskare vid University of British Columbia (UBC) i Vancouver, Kanada, syntetiserat ett proteinbaserat material som sträcker sig precis som den äkta varan.

Muskelbunden: Ringar gjorda av proteinbaserade hydrogeler visas i ultraviolett ljus (överst) och normalt ljus (nederst).

Det nya materialet uppnår musklernas elasticitet genom att efterlikna den mikroskopiska strukturen hos ett jättelikt muskelprotein som kallas titin. Strukturen av titin liknar en sträng med pärlor – kulor av vikta proteinsekvenser är sammankopplade med disketter, ostrukturerade sekvenser. Hongbin Li, en kemist vid UBC, och hans kollegor konstruerade det nya materialet som imiterar denna struktur. De valde en mekaniskt stabil proteinsekvens som viker sig in i sig själv för att bilda kulor, och ett annat protein som kallas resilin för att fungera som floppy-kopplingarna.

Resultatet blev en mini-titin – ett protein som liknade titin strukturellt men är mycket mindre, säger Li. Forskarna kopplade kemiskt samman de enskilda proteinsträngarna för att bilda en hydrogel – ett lätt, fast material som mestadels består av vatten – och testade sedan materialets mekaniska egenskaper. Teamet beskriver arbetet i ett färskt nummer av tidskriften Natur .

När de testade materialet fann Li och hans kollegor att det betedde sig ungefär som riktig muskelvävnad. När den sträcks lite studsar den tillbaka som ett elastiskt gummiband. Om de sträcks kraftigare utveckas de pärlliknande proteindomänerna, och det försvinner lite energi innan det återgår till sitt ursprungliga tillstånd.

Det är en bra utveckling i linje med att bygga en konstgjord muskel, säger fysiker David Weitz från Harvard University, vars grupp studerar strukturen hos muskelproteinnätverk. Andra grupper arbetar med att skapa elektroaktiva polymerer, som drar ihop sig när de stimuleras av en elektrisk signal, så att muskeln kan kontrolleras. Det nuvarande materialet har inte den här funktionen, men att lägga till det skulle vara nästa steg, säger Weitz.

Konstgjorda muskler skulle en dag kunna användas som byggnadsställningar för att växa muskler för att reparera skador hos patienter; i biologiskt kompatibla anordningar för medicinska tillämpningar; även för att styra robotar utan att använda motorer. Men eftersom proteiner tenderar att rivas upp vid höga temperaturer och under svåra miljöförhållanden, gör detta dem inte idealiska för industriella tillämpningar.

Dölj