旋转了蜘蛛丝的研究

经过多年的基础研究和激动人心的承诺,蜘蛛丝准备进入网络消费者的产品。创业公司都在热情洋溢的情绪,很有前途的合成吨蜘蛛丝蛋白质。一些展示合成丝原型鞋类、服装和化妆品;别人打赌它的属性会更适合生物医学设备,药物输送系统或组织移植。

蜘蛛丝以其极端的机械性能突出。是纤维能吸收大部分能源之前休息,由于抗拉强度和可扩展性。它可以吸收更多的能量比凯夫拉尔打破三倍。这不是最强的,它不是最弹性材料,但它是最好的材料,结合这些特性,”说澳门万博公司托马斯Scheibel在德国拜罗伊特大学的教授,生物材料,由于怀疑他进入这个领域。

“每个人都悲观,”Scheibel解释道。“15年前,也许有5到10组在蜘蛛丝和几乎没有公司工作。现在有几十个团体和至少三个好生物技术公司。的研究人员已经解开的奥秘蜘蛛如何旋转丝绸和它的成分是什么特别之处,但与基础科学研究人员正在寻求新颖的应用程序,从神经再生消费者包装和胶水。它的吸引不仅仅是韧性:蜘蛛丝似乎不会引起强烈的免疫、过敏或炎症反应和生物降解无害的终端产品,在生物医学特别有用。至关重要的是,重组蛋白,研究人员一直在坚持生物活性分子上,添加功能。

领导公司在德国,AMSilk Spiber在日本(不与Spiber混淆技术在瑞典)和螺栓线程在加州,所有在2008 - 09年成立。Scheibel说8到12年的平均时间是一个化学公司开发和新材料批准。“为什么它应该快用丝绸吗?他的追求让他发现AMSilk私人创业,骄傲地宣称自己是世界上第一个工业供应商使用专利生物技术生产合成丝生物聚合物的过程。

化妆品到bioshields

不会有蜘蛛在工业丝绸工厂。而不是转基因生物托管蜘蛛丝基因将培养出丝蛋白质;主要是细菌和酵母生产缩减,定制版本的材料。也有蛛丝山羊、紫花苜蓿植物和哺乳动物细胞。AMSilk使用发酵的器皿大肠杆菌:细菌细胞破碎打开释放蛋白质,分离出来,处理的白色粉末。这可以提炼为丝绸珠子或丝绸制成水凝胶,后者AMSilk的最畅销的产品。

我们销售的化妆品原料场的每吨规模生产,现在有20多个化妆品市场被介绍给我们的客户,”解释Jens克莱因AMSilk自2014年以来的首席执行官。Silk-based化妆品可以外套皮肤柔滑的质地和形成一层透气的皮肤的屏障。的潜在客户制定防污面霜。你可能把它放在早晨在上海来保护你的皮肤,”克莱恩说,他说韩国是一个早期的市场,虽然也有产品在德国和瑞士。与微丝粒子进行生物降解和来自一个可持续的资源。它可能作为素食丝绸、替代沸腾蚕活着。

“工业生物技术提供了一个干净的过程,每次同样的质量,”克莱恩说。可靠的质量是一个活跃的生物医学产品,但更重要的是,丝绸不触发免疫反应和表面微生物很难移植。特殊的属性是欠它的氨基酸序列。蜘蛛丝纤维主要是由蛋白质(spidroins)包含重复的核心区域两侧非重复性的折叠氨基和carboxy-terminal域。往往超过一半的序列是由甘氨酸。

甘氨酸的点在于,其侧链是氢,所以做的化学反应的可能性很低,“Scheibel说。这提供了一个解释为什么细胞不绑定和重组蜘蛛丝被喷涂或浸渍涂布到医疗设备作为bioshield。如果你检查丝纤维的表面,你会发现,表面是用氢。其他氨基酸通常是内部结构。

Scheibel涂层导管由聚氨酯,聚乙烯和聚苯乙烯,金属和陶瓷用于移植。他说,使用AMSilk蜘蛛丝涂层减少硅胶植入手术后主要并发症的发生率。¹医疗合作伙伴说,蛋白质涂层可以显著提高医疗结果后硅胶植入物的使用和审美乳房重建手术。

AMSilk一直致力于其他商用产品,沉积一层微米厚。我们完成临床前研究,下一步是为我们的一个合作伙伴开始临床开发,”克莱恩说。涂料,他说,抵制细菌附件比聚四氟乙烯和钢铁。

越来越多的组织

在瑞典,Spiber技术地方蜘蛛丝基因序列的一部分大肠杆菌细菌,使重组蛋白约十分之一大小的蜘蛛蛋白。它将蛋白质转换成纤维通过捆绑在一起丝线的蛋白质也可以用来创建一个网格或泡沫。这是100%丝绸。不需要特殊的机器,我们不添加试剂,”说我HedhammarSpiber创始人。该公司仍在探索阶段,使重组蛋白在克数量。

Spiber干细胞培养目标,骨重建和伤口愈合。它利用其重组蜘蛛丝为培养哺乳动物细胞构建矩阵。去年它添加一个绑定主题中糖蛋白纤连蛋白和报道,导致附件增加了人类皮肤细胞。²研究表明,细胞粘附得更好时,细胞外基质受体存在。

蜘蛛丝用于再生医学可能非常有吸引力

通常,细胞培养在平坦的表面,但“给细胞3 d环境的重要性正在变得清晰,尤其是对细胞分化的,Hedhammar说。在我们的例子中我们可以将生物活性线索到丝绸帮助欺骗细胞在组织。这使得现实的组织模型药物测试,但也可以允许组织配件为患者种植。

Transplantating胰岛细胞是治疗糖尿病的一种方法。Hedhammar已经成功地使用了丝与细胞结合主题矩阵来支持人类胰岛细胞体外超过三个月。³“我们的主要目的是提供一个三维矩阵,这样他们还活着,并将对葡萄糖刺激胰岛素的分泌,“Hedhammar说。我们没想到的是增殖的细胞。的组织变得更加血管浸润和扩大随着时间的推移,⁴这将是体内移植成功的关键。Spiber正在调查潜在的糖尿病患者移植与眼睛的关系。

安娜上升的实验室在瑞典卡罗林斯卡学院使用体外模型来看看人类脊髓组织如何再生蜘蛛丝的存在。先前的研究表明,从羊竟桥接周围神经组织切片与蜘蛛丝作为指导6厘米的差距。⁵“蛛丝是一个非常有吸引力的材料用于再生医学,“说上升。的想法是蜘蛛丝氨基酸序列重复,主要由小,而非极性残留物,他们走在雷达下的免疫监视的增加补充道。

处理丝蛋白

蜘蛛丝纤维形成的高度集中在蜘蛛蛋白溶液(涂料);雌性蜘蛛可以旋转的七种类型用于各种各样的目的。上升的团队最近报道的丝蛋白重组都碳和氮终端以及重复序列。大多数合成蛋白质远小于天然蜘蛛蛋白质和没有终端。”还有待观察是否结束领域是至关重要的,尽管对于蜘蛛,”说兰迪·刘易斯,在美国犹他州州立大学材料科学家。他和Scheibel认为我们没有完全复制蛛丝使我们所需要的材料。他利用大自然的调色板和合成丝基于七种不同基因的蛛丝。

一些实验室方法依赖于一个强大的和有毒的溶剂(hexafluoroisopropanol)分解蛋白质,也就是不到理想的消费行业,因为它是非常昂贵的,非常危险的大卫·布雷斯劳,创始人之一螺栓线程。但刘易斯报告了一个方法来溶解蜘蛛丝蛋白质直接在水溶液中使用热量和压力的组合。⁷蛋白质的方法实现了100%的溶解和恢复使用传统的微波炉,他说。公司都有自己的流程和寻求减少强烈的溶剂。

常规的实验室流程使用盐变性蛋白质,然后调整一段酒精浴。我们看到增加50或更多倍的抗拉强度和弹性的增加20倍,”刘易斯说,β折叠形式,多达85%纤维排列。线程可以旋转,通常8或24,纤维足够大的商业流程。他的商业化策略更加关注non-fibre涂料等应用程序。一公斤的蜘蛛丝蛋白质可以外套的一百万年到1000万年导管和我们的涂料可能包括抗生素或抗凝血因子,”刘易斯说。他希望做动物测试结束的夏天,有某种涂层材料在五年内FDA批准的。

强大的优势

但蜘蛛丝不是生物医学。蜘蛛丝的强度和延伸率的最佳组合。“我开玩笑说,你可以做一件防弹背心,可以阻止一颗子弹,但它将停止理解错了你的胸部,”刘易斯说。拉伸是区别于凯夫拉纤维或碳纤维复合材料,它几乎没有给。刘易斯的实验室正在调查重组丝绸在复合材料,例如添加到碳纤维也许给足够的flex汽车车身壁板或无人驾驶飞机的翅膀。他还创建了一个胶在10倍比大猩猩胶分隔木”所需要的能量。等高端应用程序,这将是有用的手术胶或卫星。Scheibel蜘蛛丝蛋白结合等关键词进行复合,可以阻止气体和水蒸气,使它成为合适的人选作为食品包装材料。^{8 b}生产没有有毒添加剂在水性是透明和可降解过程。

许多工程应用刘易斯正在考虑依靠丝绸制造的原型来自一群40转基因山羊。最好的山羊生产大约4 g的丝绸每公升的牛奶。他的实验室还经营两个500公升的发酵槽大肠杆菌每周,几百克的蛋白质,并致力于提高萃取效率。我们确保我们能够生产足够的材料来制造原型,”刘易斯说,每周的目标是生产一公斤。他还说公司将监测设备与生物淤积井和斗争。蜘蛛丝的电影,从微米到毫米厚,将光学清晰和延长设备的寿命。

蜘蛛丝的衣服

蜘蛛丝的另一个优点是,它不融化。这就是为什么美国陆军感兴趣它作为替代尼龙。当爆炸发生时,尼龙衣服融化到皮肤。蜘蛛丝的优点是它识字课,”Lewis解释道。他是怀疑蜘蛛丝会成本竞争力足以让普通衣服。然而,两家公司已经宣布受到关注消费者服装的蜘蛛丝的使用。

原型大衣从室外设备制造商北脸由重组蜘蛛丝在2015年9月推出多宣传生成。丝绸是由日本公司Spiber。该公司表示,该产品将在2017年推出。Spiber努力降低丝蛋白的成本低于100美元每千克(£80),并指出传统智慧挂钩20 - 30美元的大规模应用的关键材料,但提示10美元应该是可行的。Spiber竞相给我们的不仅仅是合成蜘蛛丝。

螺栓的线程就是一个加州生物科技成立于2009年,去年筹集了5000万美元的资金。它是与可持续供应户外服装公司巴塔哥尼亚蜘蛛丝纤维。我们进入成千上万升生产规模,走向公吨数量的丝纤维,”大卫·布雷斯劳说创始人螺栓的线程。他的公司使用重组酵母。酵母是一组研究的生物。酒精认为巨人酿造的工厂——我们会有,但对于丝绸,”他补充道。他认为早期的生物燃料公司试图利用工业生物技术产品。他们不得不把边界,挤出效率和获得规模经济。我们向他们学习。

螺栓螺纹说消费者将能够穿2017年蜘蛛纤维,使用合同制造商来制造蛋白质。布雷斯劳说,大力推动已经找出净化和处理没有实验室溶剂但具有成本效益和安全的化学物质。他也是守口如瓶的关于他们已经解决了这个问题,但指出hexafluoroisopropanol没有作用。螺栓线程不会披露其生产成本,但是布雷斯劳说,目标是与桑蚕丝,波动在70 - 80美元。

德国AMSilk纤维,Biosteel,完全从丝蛋白质。该公司认为它将发现在鞋类和服装,以及汽车和航空内饰。去年展示了阿迪达斯运动鞋上Biosteel制成的纤维。

在两到三年内,消费者将能够选择蜘蛛丝户外服装产品,高薪聘请特权,化妆品和丝绸重组蛋白质。进展将继续为生物医学设备涂料和科学家将在使用丝绸文化组织和推动持续给药。我们可能无法走在天花板或铸造网像超级英雄,但是我们又近了一步利用蜘蛛的真正supermaterial。

安东尼是一个基于科学作家王在都柏林,爱尔兰