Lo studio del VTT introduce un approccio trasformativo che integra la biologia sintetica con tecniche avanzate di apprendimento automatico e computazionale che accelera 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 drasticamente il processo di progettazione di nuovi materiali a base di proteine, consentendo lo sviluppo rapido di biomateriali con funzionalità personalizzate, ottenendo ciò che prima richiedeva anni in pochi mesi, con il potenziale di ridurre ulteriormente questo tempo a pochi minuti“, afferma Pezhman Mohammadi, ricercatore senior del VTT e responsabile dello studio.
Utilizzando algoritmi di apprendimento automatico, il team di ricerca del 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.
Accelerare le applicazioni ad alta richiesta, come i materiali intelligenti – I nuovi biomateriali ad alte prestazioni e a base di proteine sviluppati grazie a questo metodo dovrebbero sostituire i materiali di origine fossile e offrire proprietà rivoluzionarie per applicazioni molto richieste, come ad esempio i medicinali iniettabili e i materiali intelligenti. La ricerca ha mostrato l’uso efficace di strategie ibride di progettazione biomimetica e de novo che combinano le intuizioni delle capacità di progettazione proprie della natura per creare materiali innovativi da zero.
“La biologia sintetica consente di produrre strutture complicate presenti in natura. Attraverso questo approccio, non solo replichiamo le straordinarie proprietà dei materiali naturali, ma li miglioriamo per soddisfare specifiche esigenze funzionali, facendo un passo avanti rispetto all’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 su Advanced Materials segna una pietra miliare significativa nel campo multidisciplinare della biotecnologia dei materiali e mostra il potenziale delle scienze integrate nella risoluzione di complesse sfide globali. Il team di ricerca, che comprende collaboratori del VTT, dell’Accademia polacca delle scienze, della Temple University, della Nanyang Technological University e della Aalto University, ha competenze diverse in biologia, chimica, fisica, scienza dei dati, apprendimento automatico, IA e scienza computazionale. Insieme, continueranno a perfezionare queste tecniche innovative e ad ampliarne le applicazioni nel prossimo futuro.
“Nel futuro, prevediamo che la fusione di biotecnologie, processi di bioraffineria, automazione, biologia sintetica, nonché il ruolo centrale dell’apprendimento automatico e dell’intelligenza artificiale, tutti sostenuti dalla biointelligenza, trasformeranno radicalmente la produzione. Questo approccio globale consente di progettare e produrre biomateriali in modo rapido e preciso, 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 un cambiamento 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 industriali”, afferma Pezhman.
Lo studio, intitolato Accelerated Engineering of ELP-based materials through Hybrid Biomimetic-De Novo predictive molecular design e pubblicato su Advanced Materials il 6 maggio 2024, dimostra come la collaborazione di esperti provenienti da diversi settori, tra cui la biologia sintetica, l’intelligenza artificiale, la simulazione della dinamica molecolare e altri, abbia portato alla creazione di nuovi biomateriali sostenibili e altamente funzionali.
fonte: VTT
