Formazione del materiale di sete di ragno ricombinante attraverso la Solvazione acquosa utilizzando calore e pressione
Summary
Qui, presentiamo un protocollo per produrre soluzioni di proteina di seta ragno ricombinante solubile in acqua e le forme di materiale che possono essere formate da queste soluzioni.
Abstract
Molti ragni producono sette tipi di sete. Sei dei sete sono fibre in forma quando prodotte dai ragni. Queste fibre non sono solubili in acqua. Al fine di riprodurre le notevoli proprietà meccaniche delle sete di ragno, devono essere prodotte in padroni eterolodi come i ragni sono sia territoriali che cannibali. Anche gli analoghi sintetici della seta di ragno tendono ad essere insolubili in soluzioni acquose. Così, una grande percentuale di ricerca in sete di ragno ricombinante si basano su solventi organici che sono dannosi per la produzione su larga scala di materiali. Il metodo del nostro gruppo costringe la solvazione di questi sete di ragno ricombinanti in acqua. Sorprendentemente, quando queste proteine sono preparate utilizzando questo metodo di calore e pressione, una vasta gamma di forme di materiale può essere preparata dalla stessa soluzione di proteine di seta ragno ricombinante (rSSp) tra cui: film, fibre, spugna, hydrogel, lyogel, e adesivi. Questo articolo illustra la produzione di RSSP e forme di materiale solvatato in un modo che è più facilmente comprensibile che da solo materiali e metodi scritti.
Introduction
I sete ragno hanno raccolto l’interesse degli scienziati materiali per la loro impressionante combinazione di forza, elasticità e biocompatibilità. Ricreare le fibre è stata tradizionalmente la spinta della ricerca. Questo sforzo è stato ostacolato dall’insolubilità di proteina di seta del ragno ricombinante (rSSp) in acqua, nonché dall’incapacità delle tecniche di solvazione tradizionali (agenti chaotropici e detergenti) di raggiungere la solvazione acquosa. Inoltre, le tecniche sviluppate per le versioni solvatanti di RSSP non funzionano su tutte le varianti RSSP e richiedono anche una manipolazione e un tempo sostanziali che spesso si traduce in perdita di proteine1,2. Questo ha portato in gran parte il campo utilizzando 1, 1, 1, 3, 3, 3-hexafluoroisopropanolo (HFIP) come un solvente da cui formare fibre, e altre forme limitate di materiale. Il vantaggio è che tutti i rSSp conosciuti sono solubili in HFIP, fornendo uniformità dei dati tra ogni gruppo di ricerca. Lo svantaggio è che HFIP è un solvente tossico che è costoso e poco pratico per scalare a causa di problemi di salute e considerazioni ambientali.
È stato sviluppato un nuovo approccio alla solvazione rSSp che ha colato il divario tecnologico tra il duro solvente organico HFIP e altre tecniche che hanno funzionato selettivamente per la solvazione rSSp. La combinazione di manches e pressioni specifiche è stata applicata alle sospensioni di rSSp e acqua. I risultati sono stati quasi 100% di solvazione e recupero del rSSp, nonché alte concentrazioni proteiche; una varietà di forme di materiali sono stati determinati per essere possibile da queste formulazioni che non erano tutti ottenibili utilizzando HFIP o altri solventi organici3,4,5,6. L’obiettivo di questo approccio è quello di solubilizzare efficacemente e facilmente le proteine del ragno ricombinante depurato e essiccato in una soluzione acquosa che può essere utilizzata per la produzione di una varietà di forme di materiale.
Fibre, pellicole, Rivestimenti, adesivi, idrogel, lyogel, microsfere e materiali in spugna sono tutti facilmente realizzabili dalla stessa soluzione acquosa di rSSp con questo metodo. L’evoluzione continua di questo metodo, non solo con ulteriori rSSp ma con altre proteine, potrebbe portare a nuove forme di materiale e vie alternative di purificazione e solubilizzazione delle proteine.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dopo che le proteine di seta del ragno ricombinante vengono purificate, devono essere preparate in una soluzione che può essere utilizzata per la formazione del materiale. Mescolando proteina di seta di ragno liofilizzata con acqua ed esponendo questa miscela all’irraggiamento a microonde, per generare calore e pressione, è possibile preparare una soluzione rSSp. Una vasta gamma di forme di materiale può essere prodotta da questo metodo semplice ed efficiente di solubilizzazione rSSp. Ogni materiale deve essere prepar…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori vorrebbero ringraziare con gratitudine i finanziamenti dell’iniziativa Utah Science and Technology Research (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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