Высокоэффективную стратегию прядения, позволяющую производить многофункциональный искусственный паутинный шелк в промышленных масштабах разработали исследователи с Факультета фармацевтических наук Колледжа биотехнологий и фармацевтической инженерии Нанкинского технического университета, 24 сентября сообщает отдел новостей Американского химического общества (ACS).

Китайские ученые разработали собственную версию искусственного паутинного шелка из белков. Этот искусственный шелк достаточно прочен, чтобы из него можно было сделать повязки, которые помогли лечить травмы суставов и поражения кожи у мышей.

Паутинный шелк — один из самых прочных материалов на Земле, для материала такой толщины он прочнее стали. Однако его трудно получить, поскольку пауки —каннибалы, и их нельзя разводить как шелкопрядов, поэтому ученые обратились к искусственным вариантам.

Один из таких вариантов они опробовали и получили с помощью генной инженерии микробы, способные производить белки паучьего шелка (спидроины). Однако оказалось, что эти белки слипаются в растворе, и это снижает выход шелка. Поэтому Бинбин Гао и его коллеги из Нанкинского технического университета решили изменить структуру белка паутины, которую производят микробы, чтобы получить легко прядущийся, но стабильный паутинный шелк.

Команда использовала этих микробов для производства шелковых белков, добавив в раствор дополнительные пептиды. Новые пептиды, следуя шаблону, обнаруженному в белковой последовательности амилоидных полипептидов, помогли искусственным шелковым белкам сформироваться в упорядоченную структуру и не дали им слипнуться в растворе, увеличив тем самым выход продукции.

Затем, используя массив крошечных полых игл, прикрепленных к соплу 3D-принтера, исследователи вытянули в воздухе получившийся белковый раствор в тонкие нити и скрутили их вместе в более толстую нитку. Установка действовала как гигантский искусственный паук, плетущий свою паутину.

Затем они сплели свои искусственные шелковые волокна в прототипы повязок для ран, которые они наложили на мышей с остеоартритом (дегенеративное заболевание суставов) и хроническими ранами, вызванными диабетом. К таким повязкам легко добавлялись лекарственные препараты, и команда обнаружила, что эти модифицированные повязки ускоряли заживление ран лучше, чем обычные.

По сравнению с контрольной группой с обычными повязками мыши с остеоартритом показали уменьшение отека и восстановление структуры тканей после двух недель лечения, а у мышей с диабетическими поражениями кожи аналогичные повязки привели к значительному заживлению ран после 16 дней лечения.

Новые шелковые повязки биосовместимы и биоразлагаемы, и исследователи считают, что у них есть перспективы для будущего применения в медицине.

Подробное описание технологии изготовления искусственного паутинного шелка и результаты исследования прототипов лечебных повязок из него китайские ученые описали в статье «Микроигольчатая прядильная машина на основе сверхэкспрессированного искусственного спидроина для 3D-прядения гибридного паутинного шелка в воздухе», опубликованной в журнале ACS Nano.