Formación material de la araña recombinante sedas a través de la Solvación acuosa utilizando calor y presión
Summary
Aquí, presentamos un protocolo para producir soluciones de proteína de seda de araña recombinante soluble en agua y las formas materiales que se pueden formar a partir de esas soluciones.
Abstract
Muchas arañas producen siete tipos de sedas. Seis de las sedas son fibras en forma cuando son producidas por las arañas. Estas fibras no son solubles en agua. Con el fin de reproducir las notables propiedades mecánicas de las arañas de seda, deben ser producidos en los anfitriones heterólogos como las arañas son tanto territoriales como caníbales. Los análogos sintéticos de la seda de araña también tienden a ser insolubles en soluciones acuosas. Por lo tanto, un gran porcentaje de investigación en sedas de araña recombinante dependen de disolventes orgánicos que son perjudiciales para la producción a gran escala de materiales. El método de nuestro grupo obliga a la solvación de estas sedas de araña recombinante en agua. Notablemente, cuando estas proteínas se preparan utilizando este método de calor y presión, una amplia gama de formas de material se puede preparar a partir de la misma solución de proteínas de seda de araña recombinante (rSSp) incluyendo: películas, fibras, esponja, hidrogel, lyogel, y adhesivos. Este artículo demuestra la producción de la rssp solvatadas y las formas de material de una manera que es más fácil de entender que de los materiales y métodos escritos por sí solos.
Introduction
Los sedas de araña han cosechado el interés de los científicos materiales por su impresionante combinación de fuerza, elasticidad y biocompatibilidad. La recreación de fibras ha sido tradicionalmente el empuje de la investigación. Este esfuerzo fue obstaculizado por la proteína de la seda de araña recombinante (rSSp) insolubilidad en agua, así como la incapacidad de las técnicas de solvación tradicionales (agentes chatrópicos y detergentes) para lograr la solución acuosa. Además, las técnicas que se han desarrollado para las versiones de poder disolvente de rssp no funcionan en todas las variantes de rssp y también requieren una manipulación sustancial y el tiempo que a menudo resulta en la pérdida de proteína1,2. Esto ha dado lugar en gran parte en el campo utilizando 1, 1, 1, 3, 3, 3-Hexafluoroisopropanol (HFIP) como un disolvente de la que formar fibras, y otras formas de material limitadas. La ventaja es que todos los rSSp conocidos son solubles en HFIP, proporcionando uniformidad de datos entre cada grupo de investigación. La desventaja es que el HFIP es un solvente tóxico que es costoso y poco práctico de escalar debido a problemas de salud y consideraciones ambientales.
Se desarrolló un enfoque novedoso para la solvación de rSSp que estableció un puente entre la brecha tecnológica entre el HFIP de solvente orgánico áspero y otras técnicas que trabajaron selectivamente para la solvación de rSSp. La combinación de las presiones y los calentamientos específicos se aplicó a las suspensiones de rSSp y agua. Los resultados fueron cerca de 100% de la solvación y recuperación de la rSSp, así como altas concentraciones de proteínas; se determinó que una variedad de formas de materiales eran posibles a partir de estas formulaciones que no eran todas alcanzables usando HFIP u otros disolventes orgánicos3,4,5,6. El objetivo de este enfoque es solubilizar de manera eficiente y fácil las proteínas de araña recombinante purificadas y secas en una solución acuosa que luego puede ser utilizada para la producción de una variedad de formas de materiales.
Las fibras, las películas, los recubrimientos, los adhesivos, los hidrogeles, los lyogels, las microesferas y los materiales de esponja se logran fácilmente a partir de la misma solución de rSSp acuosa utilizando este método. La evolución continua de este método, no sólo con rSSp adicionales sino con otras proteínas, podría conducir a nuevas formas de materiales y alternativas de purificación de proteínas y soluciones de solubilización.
Protocol
Representative Results
Discussion
Después de que las proteínas de seda de araña recombinante son purificadas tienen que ser preparadas en una solución que puede ser utilizada para la formación del material. Mezclando la proteína de seda de araña liofilizada con agua y exponiendo esta mezcla a la irradiación de microondas, para generar calor y presión, es posible preparar una solución de rSSp. Una amplia variedad de formas de material se puede producir a partir de este método simple y eficiente de la solubilización de rSSp. Cada material tiene…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores le gustaría agradecer con gratitud la financiación de la iniciativa de investigación científica y tecnológica de 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 |
Riferimenti
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