将人造蜘蛛丝纺成下一代医疗材料

导读 快要掸掉万圣节装饰物上的灰尘,用各种吓人的东西装饰房子了,包括经典的聚酯蜘蛛网。在《A Nano》上发表报告的科学家已经制作出了他们自

快要掸掉万圣节装饰物上的灰尘,用各种吓人的东西装饰房子了,包括经典的聚酯蜘蛛网。在《A Nano》上发表报告的科学家已经制作出了他们自己的假蜘蛛丝,但这种蜘蛛丝由蛋白质组成,可以治愈伤口,而不会在走廊里影重重。这种人造丝足够坚固,可以编织成绷带,帮助治疗小鼠的关节损伤和皮肤病变。

蜘蛛丝是地球上最坚硬的材料之一,从技术上讲,就其尺寸而言,其强度甚至超过钢铁。然而,蜘蛛丝很难获得——蜘蛛的领地意识太强(而且同类相食),无法像蚕一样繁殖它们,这导致科学家转向人工选择。

通过基因工程教微生物生产蜘蛛丝蛋白就是这样一种选择,但事实证明这种方法很有挑战性,因为蛋白质往往会粘在一起,从而降低蜘蛛丝的产量。因此,高兵兵和同事们希望修改天然蛋白质序列,利用微生物设计一种易于纺丝但仍然稳定的蜘蛛丝。

研究团队首先利用这些微生物生产丝蛋白,同时添加了额外的肽。这些新肽遵循淀粉样多肽的蛋白质序列模式,有助于人造丝蛋白在折叠时形成有序结构,并防止它们在溶液中粘在一起,从而提高产量。

然后,研究人员利用连接到 3D 打印机喷嘴的一系列微型空心,将蛋白质溶液在空气中拉成细丝,并将它们纺成更粗的纤维。这种装置就像一只巨大的人造蜘蛛在织网。

随后,他们将人造丝纤维编织成原型伤口敷料,敷在患有骨关节炎(一种退行性关节疾病)和糖尿病引起的慢性伤口的小鼠身上。敷料中很容易加入药物治疗,研究小组发现这些改良敷料比传统绷带更能促进伤口愈合。

与使用中性敷料的对照组相比,患有骨关节炎的小鼠在治疗 2 周后肿胀减轻,组织结构得到修复,而使用类似敷料治疗皮肤病变的糖尿病小鼠在治疗 16 天后伤口愈合明显。这种新型丝质绷带具有生物相容性和可生物降解性,研究人员表示,它们有望在未来的医学应用中发挥作用。

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