Ny måde at danne bioaktiv edderkoppesilke til medicinsk brug

Med de seneste fremskridt, forskere kan syntetisere silke med mekaniske egenskaber svarende til dem for en egentlig edderkops silke. Men at anvende dette materiale på lovende medicinske behandlinger for sygdomme som kræft kræver, at mennesker udvikler en kapacitet, som kun arachnider eller silkeorme besidder - evnen til at kontrollere dannelsen af ​​silke.

En teknik rapporteret i dag i Avancerede materialer tilbyder et lovende alternativ til eksperimentelle silkedannende metoder, der er afhængige af skrappe kemikalier, siger lektor My Hedhammar, forsker ved KTH Royal Institute of Technology i Stockholm.

Med høj elasticitet og styrke sammenlignelig med Kevlar, edderkoppesilke har tiltrukket sig opmærksomhed for sin potentielle anvendelse i medicin. Forskere håber på, at det kan tjene som stillads til vævsreparation, eller bruges til levering af lægemidler, sansning af biomarkører og antimikrobielle belægninger. Men det har vist sig svært at finde en tilfredsstillende metode til fremstilling af silke-efterlignende proteiner.

"Der er blevet gjort forsøg på at efterligne spinningsprocessen ved hjælp af mikrofluidiske systemer, vådspinding og elektrospinning, " siger Hedhammar. "Mange af disse processer er ret komplekse at designe og kræver barske kemikalier såsom methanol for at gøre trådene vanduopløselige efter dannelse, som ville dræbe den bioaktivitet, der er nødvendig til disse medicinske anvendelser."

I stedet, forskerne trak på nyligt udviklede biokemiske teknikker, der bruger mikromønstrede overflader til at koncentrere proteiner og danne organiske nanotråde, belægninger eller plader. Holdet brugte en overflade bestående af siliciumsøjler i mikrostørrelse, der blev gjort vandafvisende med et anti-befugtningsmiddel.

Forskerne designede to typer silkeproteiner – en med affinitet til antistoffer, og en anden med cellebindingsegenskaber. Ved at placere dråber af de opløselige silkeproteiner oven på søjlerne, holdet var i stand til at opnå tre forskellige formationer af syntetisk silke:nanotråde (som kunne bruges til kræftbehandling), lokale belægninger (potentielt nyttige til påvisning af biomarkører) og silkeplader (som kunne bruges som cellevækst stilladser).

For at skabe nanotråde, forskerne placerede en dråbe på overfladen, og trak den så til siden, efterlader tråde af materialet, der spænder over søjlerne. Tilsvarende at oprette et ark, forskerne efterlod en dråbe til at fordampe på toppen af ​​overfladen. Arkernes stabilitet blev testet ved at nedsænke dem i vand, såvel som i et cellekulturmedium, i et antal dage.

"Arkenerne forblev intakte, uden visuelle tegn på at være opløst, bekræfter, at proteinerne var omdannet til en stabil silkeform, "siger medforfatter professor Wouter van der Wijngaart fra KTH.

Papiret, "Strukturering af funktionelle edderkoppesilketråde, belægninger, og plader ved selvmontering på superhydrofobe søjleoverflader, " var medforfatter af KTH-forskerne Linnea Gustafsson og Ronnie Jansson, foruden Hedhammar og van der Wijngaart.