Una nueva investigación sobre cómo las reacciones enzimáticas pueden dirigir el movimiento y la organización de las microcápsulas puede apuntar hacia una nueva teoría de cómo las protocélulas, las primeras células biológicas, podrían haberse organizado en colonias y, por lo tanto, podrían haber formado estructuras más grandes y diferenciadas.
Investigadores de la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh, junto con colaboradores del Departamento de Química de la Universidad de Penn State, descubrieron que procesos físicos y químicos muy simples que no dependen de maquinaria biológica compleja guiaron el autoensamblaje de las microcápsulas, que sirvieroncomo modelos para las protoceldas. A saber, los investigadores aislaron una cascada dinámica de eventos que llevaron a las microcápsulas a organizarse en una colonia bien definida.
Anna C. Balazs, profesora distinguida de ingeniería química y petrolera en Pitt con los asociados posdoctorales Oleg E. Shklyaev y Henry Shum desarrollaron el modelado computacional basado en experimentos previos realizados por Ayusman Sen, profesor distinguido de química en la Universidad Penn State."Cómo aprovechar las reacciones enzimáticas unidas a la superficie para organizar las microcápsulas en solución" se publicó en la revista AAAS Avances científicos .
Los investigadores modelaron microcápsulas de entre 10 y 50 micrómetros de diámetro, el tamaño típico de las células biológicas. En este estudio, las microcápsulas consistían en una cubierta externa y un núcleo lleno de líquido que contenía peróxido de hidrógeno, que gradualmente se filtró a través de la cubierta hacia elEl peróxido de hidrógeno actuó como un reactivo químico para un parche de enzimas en la superficie debajo de las microcápsulas. La reacción que ocurre en las enzimas libera calor y disminuye la densidad del fluido, impulsando la convección del fluido circundante.sumergió las cápsulas y las unió por encima de la superficie recubierta de enzimas. Después de que se consumió el reactivo, el flujo de fluido cesó y las cápsulas permanecieron localizadas por encima del parche de enzimas.
El Dr. Balazs señaló que "este estudio es relativamente único porque Ayusman fue el primero en darse cuenta de que las reacciones enzimáticas simples podrían transducir la energía química en movimiento fluido de esta manera y ahora hemos utilizado este mecanismo para controlar el ensamblaje de microcápsulas en colonias"."
"La hermosa simplicidad de los principios subyacentes significa que este es un mecanismo plausible por el cual las primeras células biológicas, que eran simplemente una capa protectora que encierra algunos componentes fluidos y simples, se ensamblaron en colonias", explicó el Dr. Sen.las protocélulas ni las microcápsulas poseen maquinaria biológica compleja, solo un contenedor poroso a través del cual las moléculas se difunden hacia adentro y hacia afuera. Esta podría ser la forma en que las protoceldas se comunicaron y formaron los grupos que evolucionarían en organismos multicelulares ".
La Dra. Balazs y su equipo pudieron regular el ensamblaje de las microcápsulas al modelar la distribución de enzimas en una pared inferior, creando diferentes tipos de configuraciones, en este caso, formas circulares, cuadradas y de cigüeñal. El tamaño y el númerode las cápsulas determinaron la cantidad de combustible disponible para regular las velocidades. Este mecanismo indica un medio para controlar dónde y cómo se autoorganizan las cápsulas sin estímulos externos.
"La variación de densidad creada por la secreción de un reactivo y su reacción en las enzimas en la pared inferior causó el flujo de fluido, lo que resultó en el ensamblaje de las microcápsulas en colonias", agregó el Dr. Shklyaev. "No magnético ni eléctricolos campos son necesarios para guiar las microcápsulas. Solo necesitamos gravedad, que está presente en todas partes de la Tierra. Este enfoque puede aplicarse tanto a aplicaciones biológicas como a la entrega de carga en áreas particulares de un microcanal ".
Según el Dr. Balazs, esta investigación proporciona un enfoque novedoso para la manipulación en pequeños dispositivos fluídicos. La utilización de diferentes catalizadores permitiría que se desarrollen diferentes patrones de flujo dependiendo de los químicos presentes en el fluido o las microcápsulas. Esto podría conducir a una clasificación autónomade celdas o ensamblaje de estructuras grandes y prediseñadas de bloques de construcción más pequeños.
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Materiales proporcionado por Universidad de Pittsburgh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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