Het spinnen van kunstmatige spinnenzijde tot medische materialen van de volgende generatie

Het is bijna tijd om de Halloweenversieringen af ​​te stoffen en het huis te versieren met allerlei griezelige dingen, waaronder de klassieke polyester spinnenwebben. Wetenschappers verslaggeving in ACS Nano hebben hun eigen versie van nep-spinnenzijde gemaakt, maar deze bestaat uit eiwitten en heelt wonden in plaats van dat het gangen achtervolgt. De kunstmatige zijde was sterk genoeg om te worden geweven tot verbanden die hielpen bij de behandeling van gewrichtsblessures en huidletsels bij muizen.

Spinnenzijde is een van de sterkste materialen op aarde, technisch gezien sterker dan staal voor een materiaal van die omvang. Het is echter moeilijk te verkrijgen: spinnen zijn te territoriaal (en kannibalistisch) om ze te kweken als zijderupsen, waardoor wetenschappers overstappen op kunstmatige opties.

Microben leren om de spinzijde-eiwitten te produceren door middel van genetische manipulatie is zo’n optie, maar dit bleek een uitdaging omdat de eiwitten de neiging hebben om aan elkaar te plakken, waardoor de opbrengst van de zijde afneemt. Dus wilden Bingbing Gao en collega’s de natuurlijke eiwitsequentie aanpassen om een ​​gemakkelijk te spinnen, maar toch stabiele, spinzijde te ontwerpen met behulp van microben.

Het team gebruikte deze microben eerst om de zijdeproteïnen te produceren, en voegde ook extra peptiden toe. De nieuwe peptiden, die een patroon volgen dat gevonden wordt in de proteïnesequentie van amyloïde polypeptiden, hielpen de kunstmatige zijdeproteïnen om een ​​geordende structuur te vormen wanneer ze gevouwen werden en voorkwamen dat ze in oplossing aan elkaar plakten, wat hun opbrengst verhoogde.

Vervolgens gebruikten de onderzoekers een reeks kleine, holle naalden die aan de spuitmond van een 3D-printer waren bevestigd, om de proteïneoplossing in dunne strengen in de lucht te trekken en ze samen te spinnen tot een dikkere vezel. Deze opstelling werkte als een gigantische kunstmatige spin die zijn web spinde.

Vervolgens weefden ze hun kunstmatige zijden vezels tot prototype wondverbanden die ze aanbrachten op muizen met artrose (een degeneratieve gewrichtsziekte) en chronische wonden veroorzaakt door diabetes. Medicijnen konden eenvoudig aan de verbanden worden toegevoegd en het team ontdekte dat deze aangepaste verbanden de wondgenezing beter bevorderden dan traditionele verbanden.

Vergeleken met een controlegroep met neutrale verbanden, vertoonden muizen met artrose een verminderde zwelling en herstelde weefselstructuur na 2 weken behandeling, terwijl diabetische muizen met huidletsels die behandeld werden met een vergelijkbaar verband significante wondgenezing vertoonden na 16 dagen behandeling. De nieuwe zijden verbanden zijn biocompatibel en biologisch afbreekbaar, en de onderzoekers zeggen dat ze veelbelovend zijn voor toekomstige toepassingen in de geneeskunde.