熱と圧力を用いた水性溶媒和による組み換えクモ絹の材料形成

サマリー

ここでは、水溶性の組換えクモ糸タンパク質溶液およびそれらの溶液から形成することができる材料形態を生成するためのプロトコルを提示する。

要約

多くのクモは7種類の絹を作り出します。シルクの6つはクモによって生産されたときの繊維の形です。これらの繊維は水溶性ではない。クモ絹の顕著な機械的特性を再現するためには、クモが領土と cannibalistic の両方であるように、それらは異種宿主で生産されなければなりません。クモ糸の合成類似体はまた、水溶液中に不溶性である傾向がある。したがって、組換えクモシルクの研究の大部分は、材料の大規模な生産に有害である有機溶媒に依存しています。当社グループの方法は、これらの組換えクモ絹の溶媒和を強制的に水にします。驚くべきことに、これらのタンパク質が熱および圧力のこの方法を使用して調製される場合、広範囲の物質形態は、組換えクモ糸タンパク質 (rSSp) の同じ溶液から、フィルム、繊維、スポンジ、ヒドロゲル、lyogel、および接着剤を含む調製することができる。この記事では、溶媒和 rSSp と材料形態の生産を、書かれた材料や方法だけではなく、より容易に理解できる方法で実演します。

概要

スパイダーシルクは、強度、弾力性、および生体適合性の彼らの印象的な組み合わせの材料科学者の関心を集めています。繊維の再作成は、伝統的に研究の推進であった。この取り組みは、固有における組換えクモ糸タンパク質 (rSSp) の水に対する阻害性、ならびに従来の溶媒和技術 (カオトロピック剤および洗剤) が水性溶媒和を達成することができなかったことによって妨げられた。さらに、rSSp の溶媒和バージョンのために開発された技術は、すべての rSSp 変異体では動作せず、多くの場合、タンパク質損失^1,2に起因するかなりの操作と時間を必要とします。これにより、繊維を形成する溶媒として1、1、1、3、3、3-hexafluoroisopropanol (HFIP)、および他の限られた材料の形態を利用する分野に大きく起因している。すべての既知の rSSp が HFIP に可溶性であるという利点は、各研究グループ間のデータの均一性を提供する。欠点は、HFIP が高価であり、健康上の懸念や環境への配慮のためにスケールすることは現実的ではない有毒な溶媒であるということです。

RSSp 溶媒和への斬新なアプローチは、過酷な有機溶剤 HFIP と rSSp 溶媒和に選択的に働く他の技術との間の技術的ギャップを埋めるものであった。特定の熱および圧力の組合せは rSSp および水の懸濁液に加....

プロトコル

1. 凍結乾燥タンパク質ストックからの組換えクモ糸混合物調製

1. 目的とする材料の形成に必要な定式化とボリュームを決定します。典型的な製剤の範囲は 3%(w/v) ~ 15%(w/v) です。この選択を使用して、適切な rSSp、濃度、および比率を計算します。
   1. このプロトコルに記載されている各材料を準備するために、以下のそれぞれの製剤を使用してください: ヒドロゲル/スポンジ/lyogels、6%(w/v) 50:50 MaSp1: MaSp2;フィルム/コーティング, 5% (w/v) 80:20 MaSp1: MaSp2;接着剤、12%(w/v) 50:50 MaSp1: MaSp2;繊維、12.5% (w/v) 80:20 MaSp1: MaSp2。
      注: ほとんどの製剤は、特定の形態および材料に適しているにもかかわらず、多くの場合、重複することができる製剤の広い範囲があります。さらに、最終的な rSSp 材料はまた形成および処理の間に好みの特性を作り出すために合わせることができる。一般的に、各タンパク質は、適切または有用なパラメータの調査を必要とします。
2. ゴム製のスクリューキャップ付きの清潔で新しい 8 mL オートクレーブ可能ホウケイ酸ガラス培養を選択します。
3. キャップを外し、空のバイアルを分析バランスに置きます。バランスがゼロ質量を読み取るように、空のバイアルの質量を風袋ます。
4. 各特定の材料のため....

結果

RSSp の可溶化の説明方法から、図 1に見られるような様々な材料形態が実現できる。また、可溶化の方法は、熱と圧力を加え、従来のマイクロ波により発生させ、rSSp や水の懸濁液にすることである。臨界温度および圧力が達成されるとき、蛋白質は可溶化。この可溶化 rSSp 溶液から、ヒドロゲル、lyogels、スポンジ、接着剤、コーティング、フィルム、および繊維の7つの材料形態のために必要な条件が提示されます。ヒドロゲルは、可溶化した rSSp を冷却し、自然に自己会合させることによって調製される。ヒドロゲルを lyophilizing することによって lyogel が調製される。スポンジ材料は、水に浸漬されながらヒドロゲルを凍結することによって形成される。フィルムは PDMS 表面 (および他の受け入れ可能な表面) 上に可溶化された rSSp を鋳造することによって調製することができ、乾燥させる。PDMS はフィルムがポストの処置または分析のために容易に取除くことを可能にする。コーティングおよび接着剤は、スプレーま.......

ディスカッション

組換えクモ糸タンパク質が精製された後、それらは、その後、材料形成のために使用することができる溶液中に調製しなければならない。凍結乾燥したクモ糸タンパク質を水と混合し、この混合物をマイクロ波照射に曝露することにより、熱および圧力を発生させ、rSSp 溶液を調製することができる。この簡単で効率的な rSSp の可溶化法から、多種多様な材料の形態を作り出すことができます。各材料は、所望の結果と特性を達成するために一意に調製し、処理する必要があります。初期の製剤、形成条件、および/または処理パラメータの軽微な変更により、各材料は、この方法を使用して容易に調整することができる。ここに提示されているよりも多くの形態があり、フィールドで他の人によるさらなる調査を通して、これらの材料は、この技術を使用して新しい材料形態を探求するために進化し続けます。

溶液が主に水とタンパク質から構成されている場合 (添加剤を使用してゲル化を遅らせ、溶液の安定性を改善することができる)、生物学的に活性な成分と機能化の可能性が大幅に改善されるHFIP ベースの rSSp ソリューションとの比較。様々な成分が含まれてい.......

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
3 mLシリンジ(ルアーロックチップ	BD	309657	付き) 他のサイズのシリンジを使用できますが、チップを装着したままにするには、ルアーロックチップを使用することをお勧めします
4 mL培養バイアル、ゴムライニングキャップ付きクリア	ウィートン	225142	最小ドープ量は1mL、最大は2mL
8mL培養バイアル、ラバーライニングキャップ付きクリア	ウィートン	225144	最小ドープ量は2mL、 最大は4mL
99%イソプロピルアルコール、試薬ACS/USPグレード	Pharmco-Aaper	231000099
Freezone 4.5 Plus	Labconco	7386030	凍結乾燥機
ルアーアダプター メス ルアー x 10-32 メス、テフゼル (ETFE)	IDEX	P-629
電子レンジ	マジック シェフ	HMD1110B	120V、60Hz AC; 1000 ワット; 1.1 立方フィート容量; ガラス ターン テーブル付き
ワンピースフィンガータイト10-32コーン、1/16インチ	OD用IDEX	F-120X
PEEKチューブ1/16インチODx 0.010インチ	IDEX	1531B
噴霧器:マスターエアブラシ	マスターエアブラシ	TC-60