Proteinfibrer finns i stort sett överallt i naturen, inklusive i spindelsilke, trä, utrymmena mellan vävnadsceller, i senor, eller som naturlig tätning för små sår. Dessa proteinnanofibrer har enastående egenskaper som hög stabilitet, biologisk nedbrytbarhet, och antibakteriella effekter. Att på konstgjord väg skapa dessa fibrer är inte lätt, mycket mindre att tilldela dem specifika funktioner. Dessa frågor diskuteras av materialvetare från Friedrich Schiller University Jena (Tyskland) i det senaste numret av ACS Nano .

"Proteinfibrer består av flera naturliga proteinmakromolekyler, " förklarar Prof. Dr. Klaus D. Jandt från Otto Schott Institute of Materials Research vid Jena University. "Naturen bygger dessa nanomaterial genom självmonteringsprocesser." Det är ganska svårt att replikera naturliga fibrer under laboratorieförhållanden. Prof. Jandt och hans team har, de senaste åren, skapade protein nanofibrer från de naturliga proteinerna fibrinogen och fibronektin och kontrollerade deras storlek och linjära eller grenade struktur.

Forskarna i Prof. Jandts grupp syftade sedan till att fördefiniera specifika egenskaper hos proteinnanofibrerna för senare användning som komponenter i biosensorer, läkemedelstillförselpartiklar, optiska sonder eller bencement. Att göra detta, de försökte kombinera två proteiner i en självmonterande proteinnanofiber för att skapa nya egenskaper. De använde framgångsrikt proteinet albumin, som är ansvarig för det osmotiska trycket i blodet, och hemoglobin, proteinet i det röda blodpigmentet som underlättar syretransporten i blodet. Forskarna löste båda dessa proteiner i etanol och värmde dem sedan till 65 °C. Under flera mellanliggande etapper, detta resulterade i den uppenbarligen autonoma bildningen av nya hybridproteinnanofibrer som innehåller båda proteinerna för allra första gången. Detta innebär ett så kallat "handskakning" mellan de två proteinerna, vilket betyder att liknande sektioner av båda kombineras för att bilda en fiber.

"Att bevisa att dessa nya hybridproteinnanofibrer innehåller båda proteinerna var inte lätt, eftersom de nya fibrerna är så små att det knappt finns några mikroskopimetoder som kan se detaljer i dem, säger Klaus Jandt.

Prof. Dr. Volker Deckert och hans team hittade optiska signaler i de nya hybridnanofibrerna som är typiska för albumin och hemoglobin med hjälp av spetsförstärkt Raman-spektroskopi (TERS). "Metodens extrema känslighet gjorde att vi kunde identifiera de olika proteinerna även utan speciella markörer, och tillät även deras entydiga klassificering i nära samarbete med prof. Jandts kollegor, säger Prof. Deckert från Leibniz-IPHT i Jena.

De innovativa fibrerna kan användas för målinriktad konstruktion av nya, större strukturer med önskade egenskaper som tidigare inte var att få tag på. Nätverk av de nya nanofibrerna skulle kunna användas som ett nytt material för att regenerera ben och brosk i framtiden, till exempel. Prof. Jandt säger, "Detta har öppnat dörren för en helt ny generation av funktionella material för medicinteknik, nanoelektronik, sensorik, eller optik, allt baserat på naturliga ämnen och konstruktionsprinciper. Dessa biomimetiska principer kommer att ha en avgörande effekt på framtidens material." Forskarna från Jena är övertygade om att denna nya självorganiseringsmetod också framgångsrikt kan överföras till andra proteiner så länge de har identiska aminosyrasekvenser i delar.