V budúcnosti by z tohto mimoriadne pružného pavúčieho vlákna chceli vytvoriť umelé orgány a kosti.
Pavúčie vlákno je mimoriadne pevné a pružné. Zdroj: iStock.com/Alvydas Kucas
Pavúčie vlákno vyniká svojou pevnosťou a pružnosťou, vďaka čomu patrí medzi najpevnejšie prírodné vlákna. Vedci preto už roky hľadajú spôsob, ako zreprodukovať tento jedinečný materiál.
Pavúčie vlákna sú tiež biokompatibilné a biologicky odbúrateľné. Ide tak o sľubný materiál, ktorý by mohol nájsť uplatnenie v rôznych oblastiach priemyslu (napr. v textilnom, stavebnom, strojárskom či vo vojenskom priemysle), ale aj v medicíne.
Unikátnosť pavúčieho vlákna spočíva v bielkovinách, z ktorých je tvorené, a tiež v spôsobe, akým tieto bielkoviny do seba zapadajú. Získavať tieto bielkoviny zo samotných pavúkov v priemyselnom meradle však nie je možné pre ich kanibalský a teritoriálny spôsob života. Uvedené motivuje vedcov, aby hľadali alternatívne spôsoby.
Inovatívna metóda
Minulý rok o výsledkoch svojho výskumu informovali lotyšskí vedci pod vedením profesora chémie Kristapsa Jaudzemsa, dekana Fakulty lekárstva a prírodných vied Lotyšskej univerzity a vedúceho výskumného pracovníka Ústavu organických syntéz (OSI). Vyvinuli inovatívnu metódu na výrobu umelého pavúčieho vlákna, ktoré je navyše dvakrát pružnejšie ako prírodné.
Lotyšská akadémia vied uznala tento objav za jeden z najvýznamnejších vedeckých úspechov roka 2024. Na štúdii spolupracovali vedci z Lotyšského inštitútu organickej syntézy, Lotyšskej univerzity, Technickej univerzity v Rige a Karolínskeho inštitútu vo Švédsku.
Pavúky nahradili baktériami
Vedci na začiatku svojho výskumu pozorovali pavúky, aby zistili, ako vyrábajú svoje vlákna, s cieľom napodobniť tento proces. Podľa Jaudzemsa je proces výroby pavúčieho hodvábu mimoriadne zložitý, spája v sebe chemické aj biologické procesy.
Keďže nie je možné využiť samotné pavúky, museli vedci nájsť iný spôsob. Namiesto pavúkov použili iné organizmy, a to baktérie, ktoré využívajú ako akúsi biologickú továreň. To, čo baktérie vyprodukujú, následne chemicky upravujú. Výsledný produkt je tak spoločným dielom baktérií a chemikov.
„Baktérie sú oveľa jednoduchšie organizmy, s ktorými môžeme manipulovať. Môžeme do nich vpraviť pavúčí gén a pomocou nich potom vytvoriť látku, z ktorej je pavúčie vlákno. Pavúky sú v tomto ohľade oveľa komplexnejšie a náročnejšie na chov a starostlivosť. Sú to kanibalské predátory, takže je prakticky nemožné získať pavúčie vlákno priamo z nich vo veľkom množstve,“ uviedol Jaudzems pre LSM.lv.
Dvakrát pružnejšie ako prírodné vlákno
Pavúčie vlákno je jedinečné nielen svojimi vlastnosťami, ale i chemickým zložením. Je bohaté na rôzne aminokyseliny.
Každý pavúk dokáže produkovať až sedem alebo osem rôznych druhov vlákien, ktoré sa líšia zložením aminokyselín. Závisí to od toho, či je vlákno určené napríklad na lovenie potravy, napríklad múch, alebo na spriadanie kokónu, ktorý má chrániť vajíčka. Každý účel si vyžaduje vlákno s iným chemickým zložením.
Kokón utkaný z pavúčích vlákien má chrániť vajíčka. Zdroj: iStock.com/Saccobent
Vedci však nepotrebujú vlákno obsahujúce toľko variantov aminokyselín, preto ich umelé vlákno obsahuje oveľa menší proteín, vďaka čomu ho môžu získať oveľa viac. Proteíny následne spájajú dokopy. Menšia veľkosť pospájaných aminokyselín sa postarala o lepší výsledok, ako vedci očakávali: umelé pavúčie vlákno je dvakrát pružnejšie ako jeho prírodný ekvivalent.
Využitie v medicíne
Biomedicínsky startup PrintyMed už vyrába týmto spôsobom umelý pavúčí hodváb na výskumné účely. Výskumníci pomocou neho vytvárajú nové inovatívne produkty v oblasti medicíny, ktoré plánujú exportovať do Estónska, Fínska a Veľkej Británie.
Startup PrintyMed momentálne pracuje na dvoch projektoch. Prvým sú špeciálne membrány pre orgány na čipe.
„Orgány na čipe sú takpovediac modely orgánov, ktoré slúžia predovšetkým na testovanie liekov a rôzne pokusy s cieľom znížiť testovanie na zvieratách. Toto je prvá aplikácia, pretože v tomto prípade nepotrebujeme lekárske osvedčenie a môžeme začať predávať umelé pavúčie vlákna oveľa rýchlejšie,“ uviedla generálna riaditeľka startupu Jekaterina Romanová.
Membrána je pre takéto orgány na čipe potrebná na to, aby držala pohromade a spájala bunky používané v čipe.
Súbežne s prvým projektom vedci vyvíjajú aj druhý projekt. „Teraz sme vyvinuli prototyp umelej srdcovej chlopne z umelého pavúčieho hodvábu, ktorý chceme ďalej skúmať. Je však jasné, že nás čaká ešte dlhá cesta, pretože ide o zdravotnícky prostriedok triedy 3, ktorý potrebuje mať certifikáciu, klinické skúšky a podobne. Takže ide o pomerne dlhý proces, my sa však teraz doň púšťame,” uviedla Romanová.
V budúcnosti je podľa Romanovej cieľom vytvoriť z umelého pavúčieho vlákna umelé orgány a podporné štruktúry. Srdcová chlopňa je teda len začiatok.
Zdroj: balticnews.com, www.lsm.lv, printymed.com, vesmir.cz
(zh)
