Naukowcy stworzyli sztuczny jedwab pajęczy, który może leczyć rany. Jedwab wytwarzany przy użyciu drobnoustrojów został wpleciony w bandaże, które skutecznie leczyły rany u myszy. Jedwab jest mocny, biokompatybilny i może zostać wykorzystany w przyszłych zastosowaniach medycznych.
Już prawie czas przygotować dekoracje na Halloween i wypełnić dom wszystkimi strasznymi rzeczami, takimi jak klasyczne poliestrowe pajęczyny. Jednak naukowcy publikujący w ACS Nano stworzyli własną wersję sztucznego jedwabiu pajęczego – wykonanego z białek, który leczy rany, a nie straszy gości. Syntetyczny jedwab jest na tyle trwały, że można go wplecić w bandaże, które skutecznie leczą urazy stawów i zmiany skórne u myszy.
Jedwab pajęczy to jeden z najmocniejszych materiałów na Ziemi, technicznie mocniejszy niż stal jak na materiał tej wielkości. Jest to jednak trudne do zdobycia — pająki są zbyt terytorialne (i kanibalistyczne!), Aby rozmnażać je jak jedwabniki, co skłoniło naukowców do zwrócenia się w stronę sztucznych opcji.
Jedną z takich opcji jest nauczenie drobnoustrojów wytwarzania białek jedwabiu pajęczego za pomocą inżynierii genetycznej, ale okazało się to trudne, ponieważ białka mają tendencję do sklejania się, zmniejszając wydajność jedwabiu. Dlatego Bingbing Gao i współpracownicy chcieli zmodyfikować naturalną sekwencję białek, aby zaprojektować łatwy do przędzenia, a jednocześnie stabilny jedwab pajęczy przy użyciu drobnoustrojów.
Tworzenie sztucznego jedwabiu pajęczego przy użyciu drobnoustrojów
Zespół najpierw wykorzystał te drobnoustroje do wytworzenia białek jedwabiu, dodając również dodatkowe peptydy. Nowe peptydy, zgodne ze wzorem występującym w sekwencji białkowej polipeptydów amyloidowych, pomogły białkom sztucznego jedwabiu w utworzeniu uporządkowanej struktury po złożeniu i zapobiegły ich sklejaniu się w roztworze, zwiększając ich wydajność.
Następnie, używając szeregu maleńkich, pustych w środku igiełek przymocowanych do dyszy drukarki 3D, badacze rozciągnęli roztwór białka na cienkie pasma w powietrzu i splotli je razem, tworząc grubsze włókno. Ta konfiguracja działała jak gigantyczny sztuczny pająk kręcący swoją sieć.
Zastosowanie włókien jedwabiu w opatrunkach medycznych
Następnie wplótli swoje sztuczne włókna jedwabiu w prototypowe opatrunki, które nałożyli myszom cierpiącym na chorobę zwyrodnieniową stawów (chorobę zwyrodnieniową stawów) i rany przewlekłe spowodowane cukrzycą. Do opatrunków można było łatwo dodać leki, a zespół odkrył, że te zmodyfikowane opatrunki przyspieszają gojenie się ran lepiej niż tradycyjne bandaże.
W porównaniu z grupą kontrolną stosującą neutralne opatrunki, myszy z chorobą zwyrodnieniową stawów wykazywały zmniejszenie obrzęku i naprawę struktury tkanek po 2 tygodniach leczenia, podczas gdy myszy z cukrzycą ze zmianami skórnymi leczone podobnym opatrunkiem wykazywały znaczne gojenie się ran po 16 dniach leczenia. Nowe bandaże jedwabne są biokompatybilne i biodegradowalne, a naukowcy twierdzą, że okażą się obiecujące pod względem przyszłych zastosowań w medycynie.
Odniesienie: „Nadekspresja sztucznej przędzy mikroigłowej na bazie spidroiny do trójwymiarowego przędzenia powietrznego hybrydowego jedwabiu pająka” autorstwa Baoyang Lin, Bingbing Gao, Meng Wei, Shuhuan Li, Qian Zhou i Bingfang He, 2 września 2024 r., ACS Nano.
DOI: 10.1021/acsnano.4c08557
Autorzy dziękują za finansowanie z chińskiego krajowego programu kluczowych badań i rozwoju, chińskiej Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych, programu innowacji w zakresie badań i praktyk podyplomowych prowincji Jiangsu, projektu reformy nauczania na uniwersytecie Nanjing Tech, funduszu dyscyplinarnego szkoły uniwersyteckiej w Nanjing Tech nauk farmaceutycznych oraz program uprawy na potrzeby doskonałej rozprawy doktorskiej Uniwersytetu Technologicznego w Nanjing.
