Forskare vid KI och SLU har upptäckt att spindelsilkeproteiner kan smältas samman till biologiskt aktiva proteiner och omvandlas till en gel vid kroppstemperatur. Ett av målen är att utveckla en injicerbar proteinlösning som bildar en gel inne i kroppen, som skulle kunna användas inom vävnadsteknik och för läkemedelsfrisättning, men också göra geler som kan effektivisera kemiska processer där enzymer används. Studien publiceras i Nature Communications .

"Vi har utvecklat en helt ny metod för att skapa en tredimensionell gel av spindelsilke som kan designas för att leverera olika funktionella proteiner", säger Anna Rising, forskargruppsledare vid Institutionen för biovetenskap och nutrition, Karolinska Institutet (KI) och professor vid institutionen för anatomi, fysiologi och biokemi, Sveriges Lantbruksuniversitet (SLU). "Proteinerna i gelén ligger väldigt nära varandra och metoden är så mild att den kan användas även för känsliga proteiner."

En injicerbar proteinlösning

I framtiden hoppas forskarna kunna utveckla en injicerbar proteinlösning som bildar en gel inuti kroppen. Möjligheten att designa hydrogeler med specifika funktioner öppnar upp för en rad möjliga tillämpningar.

En sådan gel skulle till exempel kunna användas för att uppnå en kontrollerad frisättning av läkemedel i kroppen. I den kemiska industrin kan det smältas samman med enzymer, en form av proteiner som används för att påskynda olika kemiska processer.

"På lite längre sikt tror jag att injicerbara geler kan bli väldigt användbara inom regenerativ medicin", säger studiens första författare Tina Arndt, Ph.D. student i Anna Risings forskargrupp vid Karolinska Institutet. "Vi har en lång väg att gå, men det faktum att proteinlösningen snabbt bildar en gel vid kroppstemperatur och att spindelsilket har visat sig tolereras väl av kroppen är lovande."

Härmar spinning av spindelsilke

Spindlarnas förmåga att spinna otroligt starka fibrer från en silkesproteinlösning på bråkdelar av en sekund har väckt ett intresse för de underliggande molekylära mekanismerna. Forskarna vid KI och SLU har varit särskilt intresserade av spindlarnas förmåga att hålla proteiner lösliga så att de inte klumpar ihop sig innan spindlarnas silke snurras. De har tidigare utvecklat en metod för framställning av värdefulla proteiner som efterliknar den process spindeln använder för att producera och lagra sina silkesproteiner.

"Vi har tidigare visat att en specifik del av spindelsilkeproteinet som kallas den N-terminala domänen produceras i stora mängder och kan hålla andra proteiner lösliga, och vi kan utnyttja detta för medicinska tillämpningar", säger Anna Rising. "Vi har låtit bakterier producera denna del av proteinet kopplat till funktionella proteiner, inklusive olika läkemedel och enzymer."

Den nya studien visar att den N-terminala domänen också har förmågan att ändra form och övergå till små fibriller som gör att proteinlösningen omvandlas till en gel om den inkuberas vid 37 grader Celsius. Dessutom kan den smältas samman till funktionella proteiner som bevarar sin funktion i gelén. + Utforska vidare

Spindelsilkeegenskaper analyserade för användning som biobaserade fibrer inom det medicinska området