Ryska forskare från Federal Research Clinical Center of Physical-Chemical Medicine, Moskvas institut för fysik och teknik, och Lomonosov Moscow State University visade möjligheten att blanda två inkompatibla komponenter - ett protein och en polymer - i en elektrospunnen fiber. Publicerad i RSC avancerar , studien visar också att den resulterande mattan gradvis kan frigöra proteinet. Blandade mattor som innehåller proteiner är lovande för biomedicinska tillämpningar som brännskador och sårförband, matriser för läkemedelstillförsel och frisättning, och inom vävnadsteknik.

Elektrospinning

Elektrospunna mattor som består av ultrafina fibrer har många användningsområden. De kan användas för vätske- och gasfiltrering, cellodling, drogleverans, som sorbenter och katalytiska matriser, i skyddskläder, antibakteriellt sårförband, och vävnadsteknik.

Elektrospinning är en metod för att tillverka mikro- och nanofibrer från polymerer som innebär användning av ett elektrostatiskt fält. Under en högspänning på cirka 20 kilovolt, en droppe polymerlösning blir elektrifierad och sträcker sig ut till en tunn fiber när Coulomb-avstötningen övervinner ytspänningen.

Tekniken är ganska flexibel och gör det möjligt att införliva en rad komponenter i elektrospunna mattor:mikro- och nanopartiklar av olika karaktär, kolnanorör, fluorescerande färgämnen, läkemedel och antibakteriella medel, polymer- och biopolymerblandningar. På så sätt kan mattornas egenskaper finjusteras för att passa en specifik praktisk tillämpning.

Polymer-proteinmattor

En elektrospunnen matta tillverkas ofta med en bärarpolymer, vilket säkerställer stabil fiberbildning och kan innehålla ytterligare komponenter. För biomedicinska tillämpningar, biologiskt nedbrytbara och biokompatibla polymerer krävs vanligtvis, och polymjölksyra är bland de vanligaste. PLA används för att producera nedbrytbara förpackningar, kirurgiska trådar, skruvar, och stift.

Det största problemet med att använda PLA i biologi och medicin är dess hydrofoba natur, och därför dålig cellvidhäftning. För att ta itu med detta, polymeren blandas med proteiner, eftersom de är giftfria, hydrofila, naturligt metaboliserad, och kan fungera som terapeutiska medel.

Forskarna studerade blandade mattor bestående av den vattenolösliga PLA och ett vattenlösligt klotformigt protein som kallas bovint serumalbumin, eller BSA. Experiment i ett vattenmedium visade att proteinkomponenten gradvis frigjordes från mattan till lösningen. Specifikt, ungefär hälften av proteinet i mattan löstes upp under en vecka. Denna effekt antyder möjliga tillämpningar vid förlängd frisättning av proteinbaserade läkemedel.

För att förutsäga egenskaperna hos de blandade mattorna, teamet fick studera proteindistributionen i dem. Förbehållet är att de flesta polymerer inte blandas bra. I ett polymer-protein-lösningsmedelssystem, komponenterna tenderar att separeras i två lösningar. Även om detta gäller PLA- och BSA-lösningar, elektrospinning gjorde det möjligt för forskarna att övervinna fasseparation i mattor. De visade att båda komponenterna fanns i varje fiber med tre oberoende analysmetoder:fluorescensmikroskopi, EDX spektroskopi, och Raman-spektroskopi.

"Elektrospunna polymer-protein blandade mattor har många möjliga tillämpningar. Genom att variera mängden protein, du kan ställa in hur snabbt matts biologiska nedbrytning sker. Proteinets många funktionella grupper gör det möjligt för oss att modifiera mattans yta genom att fästa kemiska föreningar till den. Proteinbaserade blandade mattor kan också användas som selektiva filter eller för förlängd läkemedelsfrisättning, till exempel, vid brännskador och sårförband, " kommenterade studiens medförfattare Dmitry Klinov. Han är forskare vid MIPT:s avdelning för molekylär och translationell medicin och chef för Laboratory of Medical Nanotechnologies vid Federal Research Clinical Center of Physical-Chemical Medicine vid Federal Medical and Biological Agency of Russia.