L’arte e la scienza dell’architettura vivente — ScienceDaily

Il riconoscimento è importante per l’assistente professore alla Stuart Weitzman School of Design, per ragioni sia scientifiche che artistiche. Con un dottorato in ingegneria biomedica, diverse lauree in architettura e una devozione al design sostenibile, Mogas-Soldevila porta la biologia nella vita di tutti i giorni, creando materiali per un futuro costruito a metà strada tra natura e artificio.

La tecnologia architettonica che descrive è senza pretese a prima vista: un pellet liofilizzato, abbastanza piccolo da perdersi in tasca. Ma questo minuscolo pezzo di materia, risultato di più di un anno di collaborazione tra progettisti, ingegneri e biologi, è un biomateriale che contiene un sistema “vivente”.

Quando viene toccata dall’acqua, la pallina si attiva ed esprime una proteina luminosa, la cui fluorescenza dimostra che la vita e l’arte possono armonizzarsi in una terza cosa molto diversa, pronta sia a compiacere che a proteggere. Intrecciati in reticoli realizzati con materiali naturali flessibili che promuovono il flusso di aria e umidità, i pellet formano straordinari elementi di interior design che un giorno potrebbero mantenerci in salute.

“Li immaginiamo come sensori”, spiega Mogas-Soldevila. “Possono rilevare agenti patogeni, come batteri o virus, o avvisare le persone delle tossine all’interno della loro casa. I pellet sono progettati per interagire con l’aria. Con lo sviluppo, potrebbero monitorarla o addirittura pulirla”.

Per ora, brillano, una prima tappa trionfante sulla tabella di marcia del team verso il futuro. La fluorescenza stabilisce che il processo di produzione del biomateriale del laboratorio è compatibile con l’ingegneria senza cellule all’avanguardia che conferisce ai pellet le loro proprietà realistiche.

Una tecnologia in rapida espansione, i sistemi di espressione proteica senza cellule consentono ai ricercatori di produrre proteine ​​senza l’uso di cellule viventi.

Gabrielle Ho, Ph.D. candidato al Dipartimento di Bioingegneria e co-responsabile del progetto, spiega come il lavoro di progettazione del team sia arrivato al cell-free, una tecnica raramente esplorata al di fuori degli studi di laboratorio o delle applicazioni mediche.

“Tipicamente, useremmo vivere Escherichia coli cellule per produrre una proteina”, dice Ho. “Escherichia coli è un cavallo di battaglia biologico, accessibile e molto produttivo. Introdurremmo il DNA nella cellula per incoraggiare l’espressione di proteine ​​specifiche. Ma questo metodo tradizionale non era un’opzione per questo progetto. Non puoi aver progettato Escherichia coli appeso alle tue pareti.”

I sistemi senza cellule contengono tutti i componenti di cui una cellula vivente ha bisogno per produrre proteine ​​- energia, enzimi e aminoacidi – e non molto altro. Questi sistemi quindi non sono vivi. Non si replicano e non possono nemmeno causare infezioni. Sono “viventi”, progettati per assorbire il DNA ed espellere le proteine ​​in modi che in precedenza erano possibili solo utilizzando cellule viventi.

“Una delle cose più belle di questi materiali che non sono vivi”, afferma Mogas-Soldevila, “è che non dobbiamo preoccuparci di tenerli così”.

A differenza delle cellule viventi, i materiali privi di cellule non necessitano di un ambiente umido o di un monitoraggio costante in laboratorio. La ricerca del team ha stabilito un processo per la produzione di questi granuli secchi che preserva la bioattività durante la produzione, lo stoccaggio e l’uso.

Bioattiva, espressiva e programmabile, questa tecnologia è progettata per sfruttare le proprietà uniche dei materiali organici.

Mogas-Soldevila, il cui laboratorio si concentra esclusivamente sull’architettura biodegradabile, comprende il valore dei biomateriali in quanto responsabili dal punto di vista ambientale ed esteticamente ricchi.

“Gli architetti si stanno rendendo conto che i materiali convenzionali – cemento, acciaio, vetro, ceramica, ecc. – sono dannosi per l’ambiente e stanno diventando sempre più interessati alle alternative per sostituirne almeno alcuni. Perché usiamo così tanto , anche riuscire a sostituirne una piccola percentuale comporterebbe una significativa riduzione di sprechi e inquinamento.”

I materiali distintivi del suo laboratorio – biopolimeri ricavati da gusci di gamberetti, polpa di legno, sabbia e terra, bozzoli di seta e gengive di alghe – conferiscono qualità oltre ai loro vantaggi sostenibili.

“La mia ossessione è la diagnostica, ma la mia passione è la giocosità”, afferma Mogas-Soldevila. “I biomateriali sono gli unici materiali che possono incapsulare questa doppia funzione osservata in natura”.

Questo approccio multivalente ha beneficiato dell’aiuto del laboratorio didattico e del Bio-MakerSpace della George H. Stephenson Foundation di Penn Engineering e del supporto del suo direttore, Sevile Mannikkarottu. Oltre a fornire attrezzature essenziali e infrastrutture di ricerca al team, Mannikkarottu è stato determinante nel consentire le relazioni interdisciplinari che hanno portato il team al successo, presentando Ho ai collaboratori del team di DumoLab Research. Questi includono Mogas-Soldevila, Camila Irabien, una studentessa di biologia della Penn che ha fornito contributi cruciali al lavoro sperimentale, e la collega di progettazione Fulbright Vlasta Kubušová, che ha co-diretto il progetto durante il suo periodo alla Penn e che continuerà ad alimentare i prossimi passi del progetto.

La produzione senza cellule e la ricerca sul design hanno richiesto dialoghi unici tra scienza e arte, categorie che Ho credeva fossero completamente separate prima di intraprendere questo progetto.

“Ho imparato così tanto dall’approccio che i designer hanno portato al laboratorio”, afferma Ho. “Di solito, nella scienza, abbiamo un problema specifico o un’ipotesi su cui lavoriamo sistematicamente”.

Ma in questa collaborazione le cose erano diverse. A tempo indeterminato. Il team ha cercato una piattaforma simile a quella vivente che rilevasse e raccontasse alle persone la materia interattiva. Avevano bisogno di esplorare, passo dopo passo, come arrivarci.

“Il design è limitato solo dall’immaginazione. Abbiamo cercato una tecnologia che potesse aiutare a costruire verso una visione, e che si è rivelata priva di celle”, afferma Ho.

“Da parte mia”, afferma Mogas-Soldevila, “è stato stimolante testimoniare il rigore e l’attenzione ai vincoli che la bioingegneria comporta”.

I vincoli erano molti: vincoli di macchina, vincoli biologici, vincoli finanziari e vincoli di spazio.

“Ma mentre mantenevamo in gioco queste restrizioni”, continua, “abbiamo posto le nostre domande creative più urgenti. I materiali possono avvertirci di minacce invisibili? Come reagiranno gli esseri umani a questi siti bioattivi? Saranno belli? Saranno strani? Soprattutto, consentiranno una nuova relazione estetica con il potenziale della materia biologica e bioattiva?”

Lungo la linea, i pellet privi di cellule e i reticoli di biopolimeri potrebbero avvolgere in modo protettivo le nostre vite interiori, prendendosi cura della nostra salute mentale e fisica. Per ora, la ricerca è in corso, la poesia del design stimolata dal vincolo, la costrizione dell’ingegneria stimolata dalla poesia