Irvine (California).- Investigadores de la Universidad de California en Irvine (UC Irvine), junto a las universidades japonesas de Okayama y Toho, han descifrado por primera vez el proceso mediante el cual los quitones, moluscos que se alimentan de algas en rocas costeras, desarrollan dientes extremadamente duros, resistentes al desgaste y con propiedades magnéticas.
Los resultados, publicados en la revista «Science», no solo desvelan un fenómeno biológico único, sino que también inspiran el desarrollo de nuevos materiales avanzados con aplicaciones industriales y médicas.
El hallazgo podría revolucionar la fabricación de componentes en condiciones extremas, desde herramientas de corte hasta implantes quirúrgicos.
El estudio identificó un tipo de proteínas específicas de los quitones, denominadas RTMP1, capaces de unirse al hierro y transportarse hacia los dientes en formación a través de diminutos túbulos llamados microvellosidades.
La ubicación y el momento exacto de la deposición de estas proteínas están estrictamente controlados, lo que permite que los quitones construyan una arquitectura dental fuerte, dura y precisa, ideal para las exigentes tareas abrasivas de su alimentación. Esta combinación de control biológico y precisión a escala nanométrica dota a los dientes de propiedades excepcionales.
Según David Kisailus, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en UC Irvine y coautor del trabajo, los dientes de quitón no solo superan en dureza al esmalte humano, sino también al acero de alto carbono, al acero inoxidable y a cerámicas de ingeniería como el óxido de zirconio y el óxido de aluminio, materiales que normalmente requieren altas temperaturas para su fabricación.
Sin embargo, los quitones producen estos dientes a temperatura ambiente y con un nivel de detalle que supera las capacidades actuales de la ingeniería industrial.
La frecuencia con la que estos moluscos renuevan sus dientes —cada pocos días— permite un acceso constante al proceso natural, ofreciendo a los científicos un modelo repetitivo para su estudio y replicación.
Existen más de 900 especies de quitones en todo el mundo, principalmente en zonas costeras intermareales. Aunque algunas se encuentran cerca del campus de UC Irvine, en playas como Crystal Cove y Laguna Beach, el equipo trabajó con ejemplares más grandes procedentes de las costas del noroeste de Estados Unidos y de Hokkaido, Japón.
El hallazgo de proteínas RTMP1 en quitones de lugares tan distantes sugiere una evolución convergente en el control de la deposición de óxido de hierro, un ejemplo notable de diseño biológico independiente pero funcionalmente idéntico.
El equipo empleó una combinación única de técnicas avanzadas de ciencia de materiales —como microscopía electrónica de ultra alta resolución, análisis de rayos X y espectroscopía— junto a métodos biológicos como inmunofluorescencia, seguimiento de la expresión génica e interferencia por ARN.
Esto permitió seguir el recorrido de las proteínas RTMP1 desde los tejidos que rodean los dientes inmaduros hasta su integración en la estructura dental, donde se unen a fibras de quitina, un biopolímero que actúa como andamiaje para la formación de nanovarillas de magnetita.
Simultáneamente, el hierro almacenado en la proteína ferritina se libera hacia el interior de cada diente, uniéndose a las RTMP1 y formando óxido de hierro a nanoescala. Con el tiempo, estas estructuras crecen en magnetita alineada, responsable de la dureza y resistencia excepcionales.
Este trabajo no solo mejora la comprensión de la biometalización y el metabolismo celular del hierro, sino que también ofrece un modelo para fabricar materiales avanzados con control espacial y temporal, replicando la precisión y sostenibilidad de los procesos biológicos.
Las aplicaciones potenciales son amplias: desde catalizadores para celdas de combustible y componentes para baterías, hasta métodos de impresión 3D y recubrimientos protectores que podrían fabricarse con menor impacto ambiental.
Kisailus subraya que este logro fue posible gracias a la colaboración internacional y a la integración de conocimientos biológicos y de ingeniería de materiales.
El proyecto, financiado en parte por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea de Estados Unidos, sienta las bases para una nueva generación de materiales que imiten la eficiencia y durabilidad de estructuras naturales como los dientes de quitón.
Con este avance, la naturaleza vuelve a demostrar que, incluso frente a las tecnologías más sofisticadas, sigue siendo una maestra insuperable en el arte de la ingeniería.
