Случайная встреча эксперта по паукам и химика привела к разработке синтетического паучьего шелка с антибиотиками.
После пяти лет работы междисциплинарная группа ученых из Ноттингемского университета разработала метод производства химически функционализированного паучьего шелка, который можно адаптировать для применения в доставке лекарств, регенеративной медицине и заживлении ран.
Исследовательская группа из Ноттингема впервые показала, как можно использовать «химию щелчков» для прикрепления молекул, таких как антибиотики или флуоресцентные красители, к искусственно произведенному шелку паука, синтезированному Э.бактерии коли. Исследование, финансируемое Исследовательским советом по биотехнологии и биологическим наукам (BBSRC), опубликовано сегодня в онлайн-журнале Advanced Materials.
Выбранные молекулы можно «вставить» в растворимый протеин шелка до того, как он превратится в волокна, или после того, как волокна будут сформированы. Это означает, что процесс можно легко контролировать, и можно использовать более одного типа молекул для «украшения» отдельных нитей шелка.
Ноттингемский прорыв
В лаборатории Центра биомолекулярных наук профессор Нил Томас из Школы химии в сотрудничестве с доктором Сарой Гудакр из Школы наук о жизни возглавил группу аспирантов, финансируемых BBSRC DTP, начиная с Дэвида. Харви, к которому затем присоединились Виктор Тюдорика, Лия Эшли и Том Кокин. Они разработали и разнообразили этот новый подход к функционализации «рекомбинантного» - искусственного - паучьего шелка с широким спектром малых молекул.
Они показали, что когда эти «шелковые» волокна «украшены» антибиотиком левофлоксацином, он медленно высвобождается из шелка, сохраняя свою антибактериальную активность в течение как минимум пяти дней.
Нил Томас, профессор медицинской и биологической химии, сказал: «Наш метод позволяет быстро создавать биосовместимые, моно- или многофункциональные шелковые структуры для использования в самых разных областях. Они будут особенно полезны в области тканевой инженерии и биомедицины».
Замечательные качества паутины
Шелк паука прочный, биосовместимый и биоразлагаемый. Это материал на белковой основе, который не вызывает сильной иммунной, аллергической или воспалительной реакции. С недавней разработкой рекомбинантного паучьего шелка началась гонка за поиском способов использования его замечательных качеств.
Исследовательская группа из Ноттингема показала, что их метод можно использовать для создания биоразлагаемой сетки, которая может выполнять две функции одновременно. Он может заменить внеклеточный матрикс, генерируемый нашими собственными клетками, чтобы ускорить рост новой ткани. Его также можно использовать для медленного высвобождения антибиотиков.
Профессор Томас сказал: «Существует возможность использования шелка в передовых повязках для лечения медленно заживающих ран, таких как диабетические язвы. Используя нашу технику, инфекцию можно предотвратить в течение недель или месяцев за счет контролируемого высвобождения В то же время регенерация тканей ускоряется за счет того, что шелковые волокна выполняют роль временного каркаса перед биоразложением."
Лечебные свойства шелка паука признаны веками.
Лечебные свойства шелка паука были признаны на протяжении веков, но до конца не изучены. Греки и римляне лечили раненых солдат паутиной, чтобы остановить кровотечение. Говорят, что солдаты использовали комбинацию меда и уксуса для очистки глубоких ран, а затем покрывали их свернутой паутиной.
В шекспировском «Сне в летнюю ночь» есть даже упоминание: «Желаю тебе большего знакомства, добрый мастер паутины», - сказал персонаж «Нижний». «Если я порежу палец, я посмеюсь над тобой».
'Думаю, мы могли бы это сделать!'
Идея возникла пять лет назад на собрании «песочницы» в университете. Доктор Гудакр говорит, что ее случайная встреча на этом мероприятии с профессором Томасом оказалась одним из самых продуктивных дней в ее карьере.
Доктор Гудакр, который возглавляет лабораторию SpiderLab в Школе наук о жизни, сказал: «Я встал на этой встрече и показал аудитории изображение паучьего шелка. Я сказал: «Я хочу понять, как этот шелк работает, а затем сделать некоторые.'
"В конце сессии ко мне подошел Нил и сказал: "Я думаю, что моя группа сможет это сделать". Он также предположил, что могут быть более интересные «настройки», которые можно было бы сделать, чтобы шелк можно было «украсить» различными полезными соединениями либо навсегда, либо которые могли бы выделяться с течением времени из-за изменения кислотности окружающей среды."
Подход требовал производства белков шелка в бактерии, в которую была включена аминокислота, обычно не встречающаяся в белках. Эта аминокислота содержала азидную группу, которая широко используется в реакциях щелчка, происходящих только в этом положении в белке. Это был подход, который никто раньше не использовал с паучьим шелком, но большой вопрос заключался в том, сработает ли он?
Доктор Гудакр сказал: «Это было началом увлекательного приключения, когда постдок провел очень предварительное исследование по созданию синтетического шелка. Он был бывшим аспирантом SpiderLab, который ранее работал с нашими тарантулами. Благодаря его фундаментальной работе мы показали, что можем производить белки шелка в бактериях Затем к нам присоединился Дэвид Харви, новый аспирант, который не только изготовил волокна шелка, включающие необычную аминокислоту, но также украсил их и продемонстрировал их антибиотическое действие. С тех пор он расширил эти первые идеи далеко за пределы того, что мы считали возможным."
Работа Дэвида Харви описана в этой статье, но профессор Томас и доктор Гудакр говорят, что это только начало. Есть и другие студенты совместной лаборатории SpiderLab и Thomas, работающие над использованием этой технологии в надежде на ее дальнейшее развитие.
Дэвид Харви, ведущий автор этой их первой статьи, только что получил степень доктора философии и в настоящее время является научным сотрудником, получившим последующий грант BBSRC, поэтому он по-прежнему находится в центре исследования. Его текущая работа сосредоточена на том, чтобы довести технологию функционализированного паучьего шелка до коммерческого применения для заживления ран и регенерации тканей.
Где мы будем через 5 лет?
Доктор Гудакр сказал: «Вполне вероятно, что эта статья является лишь началом очень интересного ряда исследований с использованием нового материала паучьего шелка. мир пауков и их шелка, который сейчас пытается разгадать SpiderLab."