Formation matérielle de soies d’araignée recombinantes par solvatation aqueuse utilisant la chaleur et la pression
Summary
Ici, nous présentons un protocole pour produire des solutions de protéines de soie d’araignée recombinantes solubles dans l’eau et les formes matérielles qui peuvent être formées à partir de ces solutions.
Abstract
De nombreuses araignées produisent sept types de soies. Six des soies sont des fibres sous forme lorsqu’elles sont produites par les araignées. Ces fibres ne sont pas solubles dans l’eau. Afin de reproduire les remarquables propriétés mécaniques des soies d’araignée, elles doivent être produites dans des hôtes hétérologues car les araignées sont à la fois territoriales et cannibales. Les analogues synthétiques de la soie d’araignée ont également tendance à être insoluble dans les solutions aqueuses. Ainsi, un grand pourcentage de recherches sur les soies d’araignée recombinantes reposent sur des solvants organiques qui nuisent à la production à grande échelle de matériaux. La méthode de notre groupe force la solvatation de ces soies d’araignée recombinantes dans l’eau. Remarquablement, lorsque ces protéines sont préparées à l’aide de cette méthode de chaleur et de pression, une large gamme de formes matérielles peut être préparée à partir de la même solution de protéines de soie d’araignée recombinantes (rSSp), y compris: films, fibres, éponge, hydrogel, lyogel, et adhésifs. Cet article démontre la production du rSSp solvaté et des formes matérielles d’une manière plus facile à comprendre que des matériaux écrits et des méthodes seules.
Introduction
Les soies d’araignée ont suscité l’intérêt des scientifiques matériels pour leur impressionnante combinaison de force, d’élasticité et de biocompatibilité. La recréation des fibres a traditionnellement été la poussée de la recherche. Cet effort a été entravé par la protéine de soie d’araignée recombinante (rSSp) insolubilité dans l’eau ainsi que l’incapacité des techniques de solvatation traditionnelles (agents chaotropes et détergents) pour obtenir la solvatation aqueuse. En outre, les techniques qui ont été développées pour la solvatation des versions de RSSP ne fonctionnent pas sur toutes les variantes RSSP et nécessitent également une manipulation substantielle et le temps qui se traduit souvent par la perte de protéine1,2. Cela s’est traduit en grande partie par le champ utilisant le 1, 1, 1, 3, 3, 3-hexafluoroisopropanol (HFIP) comme solvant pour former des fibres, et d’autres formes matérielles limitées. L’avantage étant que tous les rSSp connus sont solubles dans le HFIP, fournissant l’uniformité des données entre chaque groupe de recherche. L’inconvénient est que le HFIP est un solvant toxique qui est coûteux et peu pratique à l’échelle en raison de problèmes de santé et de considérations environnementales.
Une nouvelle approche de la solvatation rSSp a été développée qui a comblé l’écart technologique entre le solvant organique sévère HFIP et d’autres techniques qui ont fonctionné sélectivement pour la solvatation de rSSp. La combinaison de chaleurs et de pressions spécifiques a été appliquée aux suspensions de rSSp et d’eau. Les résultats ont été près de 100% de solvatation et de récupération du rSSp, ainsi que des concentrations élevées de protéines; une variété de formes de matériaux ont été déterminées comme étant possibles à partir de ces formulations qui n’étaient pas toutes réalisables à l’aide de HFIP ou d’autres solvants organiques3,4,5,6. L’objectif de cette approche est de solubiliser efficacement et facilement les protéines d’araignée recombinantes purifiées et séchées dans une solution aqueuse qui peut ensuite être utilisée pour la production d’une variété de formes matérielles.
Les fibres, les films, les revêtements, les adhésifs, les hydrogels, les lyogels, les microsphères et les matériaux éponge sont tous facilement utilisables à partir de la même solution aqueuse de rSSp utilisant cette méthode. L’évolution continue de cette méthode, non seulement avec rSSp supplémentaire, mais avec d’autres protéines, pourrait conduire à de nouvelles formes matérielles et alternatives de purification des protéines et des avenues de solubilisation.
Protocol
Representative Results
Discussion
Après que les protéines de soie d’araignée recombinantes soient purifiées, elles doivent ensuite être préparées dans une solution qui peut être utilisée pour la formation de matériaux. En mélangeant la protéine de soie d’araignée lyophilisée à l’eau et en exposant ce mélange à l’irradiation par micro-ondes, pour générer de la chaleur et de la pression, il est possible de préparer une solution rSSp. Une grande variété de formes matérielles peut être produite à partir de cette méthode simp…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs aimeraient remercier avec gratitude le financement de l’initiative de recherche scientifique et technologique de l’Utah (USTAR).
Materials
| 3 mL Syringe with Luer-Lok Tip | BD | 309657 | Other size syringes can be used but to keep the tips on, it is advised to use luer-lok tips |
| 4 mL culture vial, clear with rubber lined cap | Wheaton | 225142 | Minimum dope volume is 1mL, max is 2mL |
| 8 mL culture vial, clear with rubber lined cap | Wheaton | 225144 | Minimum dope volume is 2mL, max is 4mL |
| 99% Isopropyl Alcohol, Reagent ACS/USP Grade | Pharmco-Aaper | 231000099 | |
| Freezone 4.5 Plus | Labconco | 7386030 | Freeze Dryer |
| Luer Adapter Female Luer x 10-32 Female, Tefzel (ETFE) | IDEX | P-629 | |
| Microwave | Magic Chef | HMD1110B | 120V, 60Hz AC; 1000 watts; 1.1 cu. ft. capacity; with glass turn table |
| One-Piece Fingertight 10-32 Coned, for 1/16" OD | IDEX | F-120X | |
| PEEK Tubing 1/16" OD x 0.010" ID | IDEX | 1531B | |
| Sprayer: Master Airbrush | Master Airbrush | TC-60 |
References
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