Uno studio, pubblicato su Advanced Materials il 6 maggio 2024, guidato dai ricercatori del VTT, introduce un approccio trasformativo che integra la biologia sintetica con l'apprendimento automatico avanzato e tecniche computazionali per accelerare in modo significativo lo sviluppo di nuovi biomateriali.
"Sfruttando la potenza dell'intelligenza artificiale e della biologia sintetica, siamo riusciti a mettere a punto e ad accelerare notevolmente il processo di progettazione di nuovi materiali a base proteica, consentendo il rapido sviluppo di biomateriali con funzionalità su misura, ottenendo ciò che prima richiedeva anni in soli mesi, con la possibilità di ridurre ulteriormente questo tempo a pochi minuti", afferma Pezhman Mohammadi, ricercatore senior del VTT e capo dello studio.
Utilizzando algoritmi di apprendimento automatico, il team di ricerca di VTT è stato in grado di vagliare in modo efficiente migliaia di strutture proteiche per individuare i candidati più promettenti per la sintesi in laboratorio.
Si prevede che i nuovi biomateriali a base proteica ad alte prestazioni sviluppati attraverso questo metodo sostituiranno i materiali a base fossile e apporteranno proprietà rivoluzionarie per applicazioni ad alta richiesta, come iniettabili medicinali e materiali intelligenti, solo per citarne alcuni. La ricerca ha dimostrato l'uso efficace della biomimetica ibrida e delle strategie di progettazione de novo, combinando intuizioni provenienti dalle capacità di progettazione della natura per creare materiali innovativi da zero.
"La biologia sintetica consente la produzione di strutture complesse presenti in natura. Attraverso questo approccio, non solo replichiamo le straordinarie proprietà dei materiali naturali, ma le miglioriamo anche per soddisfare esigenze funzionali specifiche, andando oltre l'evoluzione. La capacità di produrre rapidamente materiali con proprietà personalizzate apre nuovi orizzonti per l'innovazione nella biotecnologia e nella scienza dei materiali", afferma Pezhman.
La pubblicazione in Advanced Materials segna una pietra miliare significativa nel campo multidisciplinare della biotecnologia dei materiali e mette in mostra il potenziale delle scienze integrate nella risoluzione di complesse sfide globali.
Il gruppo di ricerca, che comprende collaboratori di VTT, Accademia polacca delle scienze, Temple University, Nanyang Technological University e Aalto University, apporta diverse competenze in biologia, chimica, fisica, scienza dei dati, apprendimento automatico, intelligenza artificiale e scienza computazionale. Insieme, continuano a perfezionare queste tecniche innovative e ad espandere le loro applicazioni nel prossimo futuro.
"Mentre andiamo avanti, prevediamo che la fusione di biotecnologia, processi di bioraffineria, automazione, biologia sintetica, nonché i ruoli chiave dell'apprendimento automatico e dell'intelligenza artificiale, tutti sostenuti dalla biointelligenza, trasformeranno radicalmente la produzione.
"Questo approccio globale consente la progettazione e la produzione rapida e precisa di biomateriali, sfruttando l'automazione per semplificare e scalare le operazioni in modo efficiente. La convergenza di tutte queste tecnologie non solo accelera l'innovazione, ma consente anche uno spostamento radicale verso metodi di produzione più personalizzati e sostenibili in vari settori, che offrono soluzioni su misura con un impatto ambientale minimo, rivoluzionando le pratiche del settore", afferma Pezhman.
Lo studio, intitolato “Ingegneria accelerata dei materiali basati su ELP attraverso la progettazione molecolare predittiva biomimetica de novo ibrida”, dimostra come la collaborazione di esperti provenienti da diversi campi, tra cui biologia sintetica, intelligenza artificiale, simulazione della dinamica molecolare e altro ancora, abbia portato alla creazione di nuovi biomateriali che siano sostenibili e altamente funzionali.
Ulteriori informazioni: Timo Laakko et al, Ingegneria accelerata di materiali basati su ELP attraverso la progettazione molecolare predittiva biomimetica-de novo ibrida, Materiali avanzati (2024). DOI:10.1002/adma.202312299
Informazioni sul giornale: Materiali avanzati
Fornito dal Centro di ricerca tecnica VTT della Finlandia
