Los mejillones, maestros de la adherencia submarina, han servido de inspiración para ingenieros del MIT y de la Universidad Libre de Berlín, que han desarrollado un nuevo tipo de pegamento que combina la pegajosidad impermeable de las placas de los mejillones con las propiedades a prueba de gérmenes de otro material natural: el moco
Estos moluscos marinos se agrupan sobre las rocas y a lo largo del fondo de los barcos, y se mantienen firmes contra las olas del océano gracias a una placa pegajosa que segregan a través del pie. Estas tenaces estructuras adhesivas han impulsado a los científicos en los últimos años a diseñar adhesivos similares, bioinspirados e impermeables.
Todas las superficies de nuestro cuerpo que no están cubiertas de piel están recubiertas de una capa protectora de mucosidad, una red viscosa de proteínas que actúa como barrera física contra las bacterias y otros agentes infecciosos. En una reciente investigación, los ingenieros combinaron polímeros pegajosos inspirados en los mejillones con proteínas derivadas del moco, o mucinas, para formar un gel que se adhiere fuertemente a las superficies.
Una vez optimizadas las propiedades del pegamento podría utilizarse para recubrir implantes médicos y evitar infecciones y la acumulación de bacterias
El nuevo pegamento evita la acumulación de bacterias y mantiene su adherencia incluso en superficies húmedas. Los investigadores prevén que, una vez optimizadas las propiedades del pegamento, podría aplicarse como líquido por inyección o pulverización, que luego se solidificaría en un gel pegajoso. El material podría utilizarse para recubrir implantes médicos, por ejemplo, para evitar infecciones y la acumulación de bacterias.
El nuevo método de fabricación de pegamento del equipo también podría ajustarse para incorporar otros materiales naturales, como la queratina, una sustancia fibrosa que se encuentra en las plumas y el pelo, con ciertas características químicas parecidas a las del moco.
"Las aplicaciones de nuestro método de diseño de materiales dependerán de los materiales precursores específicos", afirma George Degen, investigador postdoctoral del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. "Por ejemplo, los materiales derivados del moco o inspirados en él podrían utilizarse como adhesivos biomédicos multifuncionales que también prevengan infecciones. Por otra parte, la aplicación de nuestro método a la queratina podría permitir el desarrollo de materiales de envasado sostenibles."
UNA COMBINACIÓN PEGAJOSA
Antes de entrar en el MIT, Degen fue estudiante de posgrado en la Universidad de California en Santa Bárbara, donde trabajó en un grupo de investigación que estudiaba los mecanismos adhesivos de los mejillones. "Los mejillones son capaces de depositar materiales que se adhieren a superficies húmedas en cuestión de segundos o minutos", explica Degen. "Estos materiales naturales dan mejores resultados que los adhesivos comercializados existentes, concretamente a la hora de adherirse a superficies húmedas y submarinas, lo cual ha sido un reto técnico durante mucho tiempo".
Para adherirse a una roca o a un barco, los mejillones segregan un fluido rico en proteínas. Los enlaces químicos, o enlaces cruzados, actúan como puntos de conexión entre las proteínas, lo que permite que la sustancia secretada se solidifique en forma de gel y se adhiera a una superficie húmeda al mismo tiempo.
"Estos materiales naturales dan mejores resultados que los adhesivos comercializados existentes”
Resulta que la mucina, una proteína de gran tamaño que es el principal componente no acuoso del moco, presenta características similares de entrecruzamiento. Cuando Degen llegó al MIT, trabajó con McKinley, catedrático de ingeniería mecánica y experto en ciencia de materiales y flujo de fluidos, y Katharina Ribbeck, catedrática de ingeniería biológica y líder en el estudio del moco, para desarrollar un pegamento reticulante que combinara las cualidades adhesivas de las placas de mejillón con las propiedades de bloqueo de bacterias del moco.
Los investigadores del MIT se asociaron con Haag y compañeros de Berlín especializados en sintetizar materiales bioinspirados. Haag y Ribbeck son miembros de un grupo de investigación en colaboración que desarrolla hidrogeles dinámicos para biointerfaces. El grupo de Haag ha fabricado adhesivos similares a los de los mejillones, así como líquidos inspirados en la mucosidad mediante la producción de polímeros microscópicos parecidos a fibras que tienen una estructura similar a las proteínas naturales de la mucina.
Para su nuevo trabajo, los investigadores se centraron en un motivo químico que aparece en los adhesivos del mejillón: un enlace entre dos grupos químicos conocidos como "catecoles" y "tioles". En el pegamento natural del mejillón, o placa, estos grupos se combinan para formar enlaces cruzados catecol-tiol que contribuyen a la fuerza cohesiva de la placa. Los catecoles también mejoran la adhesión del mejillón a superficies como rocas y cascos de barcos.
Curiosamente, los grupos tiol también son frecuentes en las proteínas de la mucina. Degen se preguntó si los polímeros inspirados en los mejillones podrían enlazarse con los tioles de las mucinas, permitiendo que éstas pasaran rápidamente de líquido a gel pegajoso. Para probar esta idea, combinó soluciones de proteínas naturales de mucina con polímeros sintéticos inspirados en los mejillones y observó cómo la mezcla resultante se solidificaba y se adhería a las superficies con el tiempo. "Es como un epoxi de dos componentes. Se combinan dos líquidos y se produce un proceso químico que hace que el líquido se solidifique y la sustancia se pegue a la superficie”, concluye.
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