Gąsienica dzikiego jedwabnika Gąsienica dzikiego jedwabnika Indian Institute of Technology Guwahati
Technologia

Tkanki z jedwabiu

Dziko żyjące jedwabniki wytwarzają substancje białkowe nadające się na tworzywo do drukowania 3D biostruktur.

W Sekcji Archeo w Pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.


Wiele grup badawczych testuje wykorzystanie protein jedwabnych jako „atramentu” do drukowania ludzkich tkanek, implantów, a nawet protez całych narządów. Jest to tańsze rozwiązanie niż stosowane obecnie drukowanie 3D z użyciem kolagenu, głównego białkowego budulca tkanki łącznej organizmu. Badacze z indyjskiego stanu Asam sprawdzają możliwość użycia do tego celu miejscowych gatunków jedwabników – ostatnio złożyli wniosek patentowy na bioatramenty na bazie białek pozyskanych od lokalnych gatunków Antheraea assamensis i Samia ricini, jak również powszechnie wykorzystywanego Bombyx mori. Z białek tych wykonali rozmaite syntetyczne biostruktury, od naczyń krwionośnych po płaty wątroby, a nawet imitację chrząstki całego ucha, co opisali w artykule opublikowanym we wrześniu w czasopiśmie ACS Applied Materials & Interfaces.

Jedwab to naturalny polimer – substancja złożona z długich, powtarzających się łańcuchów cząsteczek. Jest bardzo wytrzymały mechanicznie i całkowicie biodegradowalny, stąd doskonale nadaje się do stosowania w inżynierii tkankowej. Badacze pobierają płynny jedwab z gruczołów jedwabnika bądź rozpuszczają włókna jedwabne w rozpuszczalniku. Następnie dokładnie mieszają galaretowaty płyn z komórkami macierzystymi pacjenta i wytwarzają potrzebne elementy poprzez nakładanie „atramentu” warstwa po warstwie z użyciem drukarki 3D. Po wszczepieniu gotowej struktury do organizmu komórki macierzyste mnożą się i zastępują jedwabny szkielet, który ostatecznie ulega rozkładowi do aminokwasów.

Ekstrahowanie i oczyszczanie kolagenu ze szczątków zwierzęcych – metoda jego otrzymywania powszechnie stosowana w medycynie – jest skomplikowane i kosztowne. „Jedwab ma ogromną przewagę nad kolagenem pod względem dostępności i łatwości obróbki. Możliwość jego pozyskiwania ze źródeł lokalnych stanowi również istotną zaletę w warunkach indyjskich” – mówi David Kaplan, dyrektor wydziału inżynierii biomedycznej w Tufts University, który nie brał udziału we wspomnianych badaniach. Jedwab z jedwabników hodowlanych znalazł szerokie zastosowanie w drukowaniu biostruktur, niemniej laboratorium kierowane przez Bimana B. Mandala w Indian Institute of Technology Guwahati w stanie Asam jako jedno z pierwszych użyło jedwabników dziko żyjących.

Pozyskany z nich jedwab doskonale nadaje się do wyrobu bioatramentów, ponieważ można z niego wytwarzać wytrzymałe struktury nośne, mówi Mandal, kierownik naukowy laboratorium. „Ma to olbrzymie znaczenie na przykład przy odtwarzaniu tkanki kostnej” – dodaje.

Badacze powszechnie używają substancji chemicznych do usieciowiania łańcuchów polimerowych, co pozwala uzyskać większą trwałość struktur 3D, natomiast zespół Mandala opracował recepturę mieszanki jedwabiu i żelatyny, która wykazuje takie samo działanie bez dodatkowych chemikaliów. Ponadto do jedwabiu od dziko żyjących jedwabników komórki macierzyste przylegają w sposób naturalny, mówi Mandal: „W przypadku innych rodzajów jedwabiu trzeba go wpierw nasycić związkami chemicznymi zwiększającymi przyczepność. To jest skomplikowany, kosztowny i potencjalnie toksyczny proces”. Kapla się z tym zgadza i dodaje, że w „rusztowaniu” z takiego jedwabiu występują miejsca, do których komórki przyczepiają się wyjątkowo łatwo.

Mandal i jego współpracownicy otrzymali już prototypowe struktury kości i tkanek miękkich, w tym fragmenty serca i wątroby. Ich następnym celem jest odtworzenie łąkotki stawu kolanowego człowieka oraz złożonej tkanki występującej na zakończeniach kości.


Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża najnowsze badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.

Świat Nauki 07.2020 (300347) z dnia 01.07.2020; Skaner; s. 14