Inteligencia Artificial en la Optimización y Modelado de Biomateriales de Fibroína de Seda
DOI:
https://doi.org/10.61164/s41zs568Palabras clave:
Fibroina da Seda; Inteligência Artificial; Machine Learning.Resumen
La fibroína de seda (SF), una proteína natural derivada de Bombyx mori, es un biomaterial prometedor gracias a su biocompatibilidad, biodegradabilidad y excelentes propiedades mecánicas. Sin embargo, optimizar sus propiedades y aplicaciones biomédicas, como la ingeniería de tejidos, la administración de fármacos y los biosensores, sigue siendo un desafío complejo. Este artículo explora la intersección emergente entre la SF y la Inteligencia Artificial (IA) y cómo esta última puede acelerar el descubrimiento, la optimización de los procesos de fabricación y el modelado predictivo de las propiedades de la SF. Analizamos el potencial de la IA para correlacionar la estructura molecular de la SF con sus propiedades macroscópicas, optimizar el desgomado y la solubilización, y predecir el rendimiento de los andamiajes y las nanopartículas. Concluimos que la integración de la IA representa un paradigma transformador, que permite la creación de biomateriales de SF de nueva generación con funcionalidad y rendimiento mejorados.
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Referencias
ANDREA A.J. The Silk Road in World History: A Review Essay. Asian Review of World Histories, v.2, p.105–127, 2014. doi: 10.12773/arwh.2014.2.1.105.
CHÁVEZ‐ANGEL, E.; ERIKSEN, M.B.; CASTRO‐ALVAREZ, A.; GARCIA, J.H.; BOTIFOLL, M.; AVALOS-OVANDO, O.; ARBIOL, J.; MUGARZA, A. Applied Artificial Intelligence in Materials Science and Material Design. Advanced Intelligent Systems, 2400986, 2025. doi: 10.1002/aisy.202400986
DE GIORGIO, G.; MATERA, B.; VURRO, D.; MANFREDI, E.; GALSTYAN, V.; TARABELLA, G.; GHEZZI, B.; D'ANGELO, P. Silk Fibroin Materials: Biomedical Applications and Perspectives. Bioengineering (Basel), v.11, n.2, p.167, 2024. doi: 10.3390/bioengineering11020167.
FLORCZAK, A.; DEPTUCH, T.; KUCHARCZYK, K.; DAMS-KOZLOWSKA, H. Systemic and Local Silk-Based Drug Delivery Systems for Cancer Therapy. Cancers, v.13, p.5389, 2021. doi: 10.3390/cancers13215389.
GHALEI, S.; HANDA, H. A Review on Antibacterial Silk Fibroin-based Biomaterials: Current State and Prospects. Materials Today Chemistry, v.23, p.100673, 2022. doi: 10.1016/j.mtchem.2021.100673.
HUANG, W.; LING, S.; LI, C.; OMENETTO, F.G.; KAPLAN, D.L. Silkworm silk-based materials and devices generated using bio-nanotechnology. Chemical Society Reviews, v.47, p.6486–6504, 2018. doi: 10.1039/C8CS00187A.
Isayev, O., Tropsha, A., Curtarolo, S. Materials Informatics: Methods, Tools and Applications. Ed. 2019. doi:10.1002/9783527802265
Li Y, Chen M, Zhou W, Gao S, Luo X, Peng L, Yan J, Wang P, Li Q, Zheng Y, Liu S, Cheng Y, Guo Q. Cell-free 3D wet-electrospun PCL/silk fibroin/Sr2+ scaffold promotes successful total meniscus regeneration in a rabbit model. Acta Biomater. 2020 Sep 1;113:196-209. doi: 10.1016/j.actbio.2020.06.017.
Li Z, Tan G, Xie H, Lu S. The Application of Regenerated Silk Fibroin in Tissue Repair. Materials (Basel). 2024 Aug 7;17(16):3924. doi: 10.3390/ma17163924.
Ling S., Chen W., Fan Y., Zheng K., Jin K., Yu H., Buehler M.J., Kaplan D.L. Biopolymer nanofibrils: Structure, modeling, preparation, and applications. Prog. Polym. Sci. 2018;85:1–56. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2018.06.004.
Long S., Xiao Y., Zhang X. Progress in Preparation of Silk Fibroin Microspheres for Biomedical Applications. Pharm. Nanotechnol. 2020;8:358–371. doi: 10.2174/2211738508666201009123235.
Lujerdean C, Baci GM, Cucu AA, Dezmirean DS. The Contribution of Silk Fibroin in Biomedical Engineering. Insects. 2022 Mar 14;13(3):286. doi: 10.3390/insects13030286.
Ma L, Dong W, Lai E, Wang J. Silk fibroin-based scaffolds for tissue engineering. Front Bioeng Biotechnol. 2024 Apr 25;12:1381838. doi: 10.3389/fbioe.2024.1381838.
Min K., Kim S., Kim S. Silk protein nanofibers for highly efficient, eco-friendly, optically translucent, and multifunctional air filters. Sci. Rep. 2018;8:9598. doi: 10.1038/s41598-018-27917-w.
Muffly T.M., Tizzano A.P., Walters M.D. The history and evolution of sutures in pelvic surgery. J. R. Soc. Med. 2011;104:107–112. doi: 10.1258/jrsm.2010.100243.
Nuanchai K., Wilaiwan S., Prasong S. Effect of Different Organic Solvents and Treatment Times on Secondary Structure and Thermal Properties of Silk Fibroin Films. Curr. Res. Chem. 2009;2:1–9. doi: 10.3923/crc.2010.1.9.
Pereira R.F.P., Silva M.M., de Zea Bermudez V. Bombyx mori Silk Fibers: An Outstanding Family of Materials. Macromol. Mater. Eng. 2015;300:1171–1198. doi: 10.1002/mame.201400276.
Salehi S., Koeck K., Scheibel T. Spider Silk for Tissue Engineering Applications. Molecules. 2020;25:737. doi: 10.3390/molecules25030737
Sahoo JK, Hasturk O, Falcucci T, Kaplan DL. Silk chemistry and biomedical material designs. Nat Rev Chem. 2023 May;7(5):302-318. doi: 10.1038/s41570-023-00486-x.
Shanmughan, B., Kandasubramanian, B. (2025). Artificial Intelligence Techniques to Predict the Behavior of Silk Fibroin. In: Kandasubramanian, B., Jaya Prakash, N. (eds) Engineering Natural Silk. Engineering Materials. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-97-7901-7_11
Sharifani K., Mahyar, A. Machine Learning and Deep Learning: A Review of Methods and Applications. World Information Technology and Engineering Journal, Volume 10, Issue 07, pp. 3897-3904, 2023.
Shaveta. A review on machine learning. International Journal of Science and Research Archive, 2023, 09(01), 281–285. doi: 10.30574/ijsra.2023.9.1.0410
Shi C., Wang J., Sushko M.L., Qiu W., Yan X., Liu X.Y. Silk Flexible Electronics: From Bombyx mori Silk Ag Nanoclusters Hybrid Materials to Mesoscopic Memristors and Synaptic Emulators. Adv. Funct. Mater. 2019;29:1904777. doi: 10.1002/adfm.201904777.
Sun W, Gregory DA, Tomeh MA, Zhao X. Silk Fibroin as a Functional Biomaterial for Tissue Engineering. Int J Mol Sci. 2021 Feb 2;22(3):1499. doi: 10.3390/ijms22031499.
Rajan K, Mendez P.F. Materials Informatics: The Materials “Gene” and Big Data, Annu. Rev. Mater. Res. 45, 153 (2015).
Vainker S.J. Chinese Silk: A Cultural History. Rutgers Univ. Press; Pistacaway, NJ, USA: 2004. pp. 50–51.
Vepari C, Kaplan DL. Silk as a Biomaterial. Prog Polym Sci. 2007;32(8-9):991-1007. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2007.05.013.
Yang C, Wang H, Wang K, Cao Z, Ren F, Zhou G, Chen Y, Sun B. Silk Fibroin-Based Biomemristors for Bionic Artificial Intelligence Robot Applications. ACS Nano. 2025 May 13;19(18):17173-17198. doi: 10.1021/acsnano.5c02480.
Ye J, Xie B, Hu J, Xu X, Lu S, Wang J, Yang L. Recent advances in silk fibroin-based biomaterials for tissue engineering applications. Int J Biol Macromol. 2025 Sep;322(Pt 2):146764. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2025.146764.
Xu X., Yeats R.S., Yu G. Cinco curtas rupturas terremoto históricas na superfície próximas à Rota da Seda, Província de Gansu, China. Seismol. Soc. Am. Bull. 2010; 100:541–561. doi: 10.1785/0120080282.
Zhang Q, Liu Z, He Y, Huang T, Yang X, Duan L, Long D, Dai F, Cheng L, Kundu SC. Osteoimmunity-Regulating biospun 3D silk scaffold for bone regeneration in critical-size defects. J Adv Res. 2025 May 12:S2090-1232(25)00276-0. doi: 10.1016/j.jare.2025.04.032.
Zheng, H., & Zuo, B. (2021). Functional silk fibroin hydrogels: preparation, properties and applications. Journal of materials chemistry. B, 9(5), 1238–1258. https://doi.org/10.1039/d0tb02099k
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