Onderzoekers van KI en SLU hebben ontdekt dat spinnenzijde-eiwitten kunnen worden gefuseerd tot biologisch actieve eiwitten en op lichaamstemperatuur kunnen worden omgezet in een gel. Een van de doelen is om een ​​injecteerbare eiwitoplossing te ontwikkelen die een gel vormt in het lichaam, die kan worden gebruikt bij weefselmanipulatie en voor het vrijgeven van medicijnen, maar ook om gels te maken die chemische processen kunnen stroomlijnen waarbij enzymen worden gebruikt. De studie is gepubliceerd in Nature Communications .

"We hebben een volledig nieuwe methode ontwikkeld voor het maken van een driedimensionale gel van spinnenzijde die kan worden ontworpen om verschillende functionele eiwitten te leveren", zegt Anna Rising, onderzoeksgroepleider bij de afdeling Biowetenschappen en Voeding, Karolinska Institutet (KI) en professor aan de afdeling Anatomie, Fysiologie en Biochemie, Swedish University of Agricultural Sciences (SLU). "De eiwitten in de gel liggen heel dicht bij elkaar en de methode is zo mild dat het zelfs voor gevoelige eiwitten kan worden gebruikt."

Een injecteerbare eiwitoplossing

In de toekomst hopen de onderzoekers een injecteerbare eiwitoplossing te ontwikkelen die een gel vormt in het lichaam. De mogelijkheid om hydrogels met specifieke functies te ontwerpen, opent voor een reeks mogelijke toepassingen.

Een dergelijke gel zou bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om een ​​gecontroleerde afgifte van medicijnen in het lichaam te bereiken. In de chemische industrie kan het worden gefuseerd met enzymen, een vorm van eiwitten die worden gebruikt om verschillende chemische processen te versnellen.

"Op de iets langere termijn denk ik dat injecteerbare gels zeer nuttig kunnen worden in de regeneratieve geneeskunde", zegt de eerste auteur van het onderzoek, Tina Arndt, Ph.D. student in de onderzoeksgroep van Anna Rising aan het Karolinska Institutet. "We hebben nog een lange weg te gaan, maar het feit dat de eiwitoplossing bij lichaamstemperatuur snel een gel vormt en dat de spinrag goed door het lichaam wordt verdragen, is veelbelovend."

Nabootst spinnenzijde spinnen

Het vermogen van spinnen om in fracties van een seconde ongelooflijk sterke vezels uit een oplossing van zijde-eiwit te spinnen, heeft geleid tot interesse in de onderliggende moleculaire mechanismen. De onderzoekers van KI en SLU waren vooral geïnteresseerd in het vermogen van de spinnen om eiwitten oplosbaar te houden, zodat ze niet samenklonteren voordat de spinrag is gaan spinnen. Ze hebben eerder een methode ontwikkeld voor de productie van waardevolle eiwitten die het proces nabootst dat de spin gebruikt om zijn zijde-eiwitten te produceren en op te slaan.

"We hebben eerder aangetoond dat een specifiek deel van het spinnenzijde-eiwit, het N-terminale domein genaamd, in grote hoeveelheden wordt geproduceerd en andere eiwitten oplosbaar kan houden, en we kunnen dit gebruiken voor medische toepassingen", zegt Anna Rising. "We hebben bacteriën dit deel van het eiwit laten produceren dat is gekoppeld aan functionele eiwitten, waaronder verschillende medicijnen en enzymen."

De nieuwe studie toont aan dat het N-terminale domein ook het vermogen heeft om van vorm te veranderen en over te gaan naar kleine fibrillen die ervoor zorgen dat de eiwitoplossing wordt omgezet in een gel als het wordt geïncubeerd bij 37 graden Celsius. Bovendien kan het worden gefuseerd met functionele eiwitten die hun functie in de gel behouden. + Verder verkennen

Eigenschappen van spinzijde geanalyseerd voor gebruik als biogebaseerde vezels in de medische sector