Un pas endavant en el control de materials biològics actius
Els sistemes actius estan formats per elements individuals que, quan interaccionen entre si, presenten comportaments col·lectius complexos. A la natura, aquests comportaments els podem observar en els estols dʼestornells, en colònies de bacteris o, a escala cel·lular, en el creixement de teixits i al citoesquelet. En els darrers anys, sʼhan dissenyat materials actius sintètics anàlegs a aquests sistemes naturals amb el propòsit dʼanalitzar-ne els trets més fonamentals. Entre aquests materials hi ha els anomenats gels actius, que, al contrari dels líquids habituals, tenen cert grau d'ordre intern, i al mateix temps presenten una dinàmica pròpia. Un equip de la Universitat de Barcelona ha aconseguit controlar lʼordre i els fluxos dʼun dʼaquests materials actius posant-lo en contacte amb un cristall líquid passiu controlat amb un camp magnètic.
Els sistemes actius estan formats per elements individuals que, quan interaccionen entre si, presenten comportaments col·lectius complexos. A la natura, aquests comportaments els podem observar en els estols dʼestornells, en colònies de bacteris o, a escala cel·lular, en el creixement de teixits i al citoesquelet. En els darrers anys, sʼhan dissenyat materials actius sintètics anàlegs a aquests sistemes naturals amb el propòsit dʼanalitzar-ne els trets més fonamentals. Entre aquests materials hi ha els anomenats gels actius, que, al contrari dels líquids habituals, tenen cert grau d'ordre intern, i al mateix temps presenten una dinàmica pròpia. Un equip de la Universitat de Barcelona ha aconseguit controlar lʼordre i els fluxos dʼun dʼaquests materials actius posant-lo en contacte amb un cristall líquid passiu controlat amb un camp magnètic.
Tal com explica Francesc Sagués, catedràtic del Departament de Ciència dels Materials i Química Física i membre de lʼInstitut de Nanociència i Nanotecnologia de la UB (IN2UB), «el material utilitzat està format per extractes cel·lulars; de fet, podríem dir que és la rèplica “mínima” del citoesquelet». «El que hem vist —continua lʼexpert— és que quan es posa en contacte amb un cristall líquid en una fase anomenada esmèctica (amb una marcada anisotropia reològica), el material sʼordena seguint direccions de moviment preferents».
El material actiu estudiat consisteix en una suspensió aquosa de proteïnes filamentoses (tubulina) i proteïnes motores (cinesina), que, en presència de trifosfat dʼadenosina (ATP), formen fibres autoassemblades allargades actives. Quan condensen sobre un cristall líquid passiu sotmès a un camp magnètic extern, les fibres sʼorganitzen i sʼorienten. Aquest material actiu es va desenvolupar a la Universitat Brandeis (Estats Units) fa menys de cinc anys i, tot i que ja seʼn coneixien bé les propietats, no seʼn podia controlar la dinàmica. Segons Pau Guillamat, investigador en formació del mateix Departament i primer autor de lʼarticle, «orientar un material biològic i controlar-lo en la direcció que tu vols, ha estat una fita, ja que té una dinàmica molt complexa i impredictible».
Els resultats del treball, en el qual també ha participat Jordi Ignés Mullol, professor del Departament de Ciència dels Materials i Química Física i membre de lʼIN2UB, han estat publicats a la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) i comentats en un article a la revista Nature Reviews Materials, en què es destaca el fet que aquest mecanisme permet fer un cicle reversible que es pot controlar fàcilment rotant el camp magnètic, que és lʼencarregat dʼorientar el cristall líquid de suport.
«El pas següent en què ja estem treballant —afegeix Guillamat— és aplicar aquesta metodologia amb cèl·lules, per tal de condicionar-ne el moviment in vitro».
Vídeo on es pot veure de quina manera el material actiu biològic s'orienta unidireccionalment:
Referència dels articles:
P. Guillamat, J. Ignés Mullol, F. Sagués. «Control of active liquid crystals with a magnetic field». Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), maig de 2016. DOI: 10.1073/pnas.1600339113
A. Brotchie. «Magnetic control of an active gel». Nature Reviews Materials, maig de 2016.