Wissenschaftler entwickeln Gel aus Spinnenseidenproteinen für biomedizinische Anwendungen

Forscher des KI und der SLU haben entdeckt, dass Spinnenseidenproteine ​​mit biologisch aktiven Proteinen fusioniert und bei Körpertemperatur in ein Gel umgewandelt werden können. Eines der Ziele ist die Entwicklung einer injizierbaren Proteinlösung, die im Körper ein Gel bildet, das in der Gewebezüchtung und zur Arzneimittelfreisetzung verwendet werden könnte, aber auch Gele herstellt, die chemische Prozesse rationalisieren können, bei denen Enzyme verwendet werden. Die Studie ist erschienen in Naturkommunikation.

„Wir haben eine völlig neue Methode zur Herstellung eines dreidimensionalen Gels aus Spinnenseide entwickelt, das so gestaltet werden kann, dass es verschiedene funktionelle Proteine ​​liefert“, sagt Anna Rising, Forschungsgruppenleiterin am Department of Biosciences and Nutrition, Karolinska Institutet (KI) und Professor am Institut für Anatomie, Physiologie und Biochemie der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften (SLU). „Die Proteine ​​im Gel liegen sehr dicht beieinander und das Verfahren ist so schonend, dass es auch bei empfindlichen Proteinen eingesetzt werden kann.“

Eine injizierbare Proteinlösung

In Zukunft hoffen die Forscher, eine injizierbare Proteinlösung zu entwickeln, die im Körper ein Gel bildet. Die Fähigkeit, Hydrogele mit spezifischen Funktionen zu entwerfen, eröffnet eine Reihe möglicher Anwendungen.

Ein solches Gel könnte beispielsweise verwendet werden, um eine kontrollierte Freisetzung von Medikamenten im Körper zu erreichen. In der chemischen Industrie könnte es mit Enzymen fusioniert werden, einer Form von Proteinen, die zur Beschleunigung verschiedener chemischer Prozesse verwendet werden.

„Auf etwas längere Sicht denke ich, dass injizierbare Gele in der regenerativen Medizin sehr nützlich werden können“, sagt die Erstautorin der Studie Tina Arndt, Ph.D. Student in der Forschungsgruppe von Anna Rising am Karolinska Institutet. „Wir haben noch einen langen Weg vor uns, aber die Tatsache, dass die Proteinlösung bei Körpertemperatur schnell ein Gel bildet und die Spinnenseide nachweislich vom Körper gut vertragen wird, ist vielversprechend.“

Imitiert das Spinnen von Spinnenseide

Die Fähigkeit von Spinnen, in Sekundenbruchteilen unglaublich starke Fasern aus einer Seidenproteinlösung zu spinnen, hat das Interesse an den zugrunde liegenden molekularen Mechanismen geweckt. Die Forscher von KI und SLU interessierten sich besonders für die Fähigkeit der Spinnen, Proteine ​​löslich zu halten, damit sie nicht vor dem Spinnen der Spinnenseide verklumpen. Sie haben zuvor eine Methode zur Herstellung wertvoller Proteine ​​entwickelt, die den Prozess nachahmt, mit dem die Spinne ihre Seidenproteine ​​produziert und speichert.

„Wir haben zuvor gezeigt, dass ein bestimmter Teil des Spinnenseidenproteins, die sogenannte N-terminale Domäne, in großen Mengen produziert wird und andere Proteine ​​löslich halten kann, und wir können dies für medizinische Anwendungen nutzen“, sagt Anna Rising. „Wir haben Bakterien diesen Teil des Proteins herstellen lassen, der mit funktionellen Proteinen verbunden ist, darunter verschiedene Medikamente und Enzyme.“

Die neue Studie zeigt, dass die N-terminale Domäne auch die Fähigkeit hat, ihre Form zu ändern und in kleine Fibrillen überzugehen, die bewirken, dass sich die Proteinlösung in ein Gel umwandelt, wenn sie bei 37 Grad Celsius inkubiert wird. Außerdem kann es an funktionelle Proteine ​​fusioniert werden, die ihre Funktion im Gel bewahren.