Le ver à soie tisse un cocon de soie autour de lui pour se protéger pendant la métamorphose. Les chercheurs ont découvert que la soie peut protéger d'autres cargaisons précieuses. Crédit : 2017 Natural Materials Group
Des versions microscopiques des cocons tissés par les vers à soie ont été fabriquées par une équipe de chercheurs. Les petites capsules, qui sont invisibles à l'œil nu, peut protéger les matériaux moléculaires sensibles, et pourrait s'avérer une technologie importante dans des domaines tels que la science alimentaire, biotechnologie et médecine.
Les capsules ont été fabriquées à l'Université de Cambridge à l'aide d'un processus de micro-ingénierie spécialement développé. Le processus imite à l'échelle microscopique la façon dont les vers à soie Bombyx mori filent les cocons à partir desquels la soie naturelle est récoltée. Les capsules à l'échelle du micron qui en résultent comprennent une coque solide et résistante de nanofibrilles de soie qui entourent et protègent un centre de cargaison liquide, et sont plus de mille fois plus petits que ceux créés par les vers à soie.
Ecrire dans le journal Communication Nature , l'équipe suggère que ces « micrococons » sont une solution potentielle à un problème technologique commun :comment protéger les molécules sensibles qui ont des avantages potentiels pour la santé ou la nutrition, mais peuvent facilement se dégrader et perdre ces qualités favorables pendant le stockage ou le traitement.
L'étude soutient que sceller de telles molécules dans une couche protectrice de soie pourrait être la réponse, et que les micrococons de soie qui sont bien trop petits pour être vus (ou goûtés) pourraient être utilisés pour abriter de minuscules particules de « cargaison » moléculaire bénéfique dans divers produits, comme les cosmétiques et les aliments.
La même technologie pourrait également être utilisée dans les produits pharmaceutiques pour traiter un large éventail de maladies graves et débilitantes. Dans l'étude, les chercheurs ont montré avec succès que les micrococons de soie peuvent augmenter la stabilité et la durée de vie d'un anticorps qui agit sur une protéine impliquée dans les maladies neurodégénératives.
Le travail a été réalisé par une équipe internationale d'universitaires des universités de Cambridge, Oxford et Sheffield au Royaume-Uni; l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich, La Suisse; et l'Institut des sciences Weizmann en Israël. L'étude a été dirigée par le professeur Tuomas Knowles, membre du St John's College de l'Université de Cambridge et co-directeur du Center for Protein Misfolding Diseases.
"C'est un problème courant dans une gamme de domaines d'une grande importance pratique d'avoir des molécules actives qui possèdent des propriétés bénéfiques mais sont difficiles à stabiliser pour le stockage", a déclaré Knowles. "Un concept simple, mais puissant, La solution est de les mettre à l'intérieur de minuscules capsules. De telles capsules sont généralement fabriquées à partir de polymères synthétiques, qui peut avoir plusieurs inconvénients, et nous avons récemment exploré l'utilisation de matériaux entièrement naturels à cette fin. Il est possible de remplacer les plastiques par des matériaux biologiques durables, comme la soie, dans ce but."
Dr Ulyana Shimanovich, qui a effectué une grande partie du travail expérimental en tant qu'associé de recherche postdoctoral au St John's College, a déclaré:"La soie est un exemple fantastique d'un matériau structurel naturel. Mais nous avons dû surmonter le défi de contrôler la soie dans la mesure où nous pouvions la mouler à nos conceptions, qui sont beaucoup plus petits que les cocons de soie naturelle."
Soie du ver à soie chinois Bombyx mori a été utilisé dans cette étude. Crédit : 2017 Oxford Silk Group
Dr Chris Holland, collègue et chef du Natural Materials Group à Sheffield a ajouté :« La soie est incroyable car, bien qu'elle soit stockée sous forme liquide, la filature le transforme en un solide. Ceci est réalisé en étirant les protéines de la soie lorsqu'elles s'écoulent dans un tube microscopique à l'intérieur du ver à soie."
Pour imiter cela, les chercheurs ont créé un minuscule, conduit de rotation artificiel, qui copie le processus de filage naturel pour que la soie non filée se transforme en un solide. Ils ont ensuite réfléchi au contrôle de la géométrie de cet auto-assemblage afin de créer des coques microscopiques.
La fabrication de capsules synthétiques conventionnelles peut être difficile à réaliser de manière écologique et à partir de matériaux biodégradables et biocompatibles. La soie n'est pas seulement plus facile à produire; il est également biodégradable et nécessite moins d'énergie pour sa fabrication.
"La soie naturelle est déjà utilisée dans des produits comme le matériel chirurgical, nous savons donc qu'il est sans danger pour l'homme, " a déclaré le professeur Fritz Vollrath, directeur du Oxford Silk Group. " Il est important de noter que l'approche ne change pas la matière, juste sa forme."
Un ver à soie vu avec une caméra infrarouge. La cavité allongée pâle est la glande à soie. Crédit :Natural Materials Group, Institut des sciences Weizmann
Les micrococons de soie pourraient également étendre la gamme et la durée de conservation des protéines et des molécules disponibles pour un usage pharmaceutique. Parce que la technologie peut préserver les anticorps, qui autrement se dégraderait, dans des cocons aux parois pouvant être conçues pour se dissoudre dans le temps, il pourrait permettre le développement de nouveaux traitements contre le cancer, ou des conditions neurodégénératives telles que les maladies d'Alzheimer et de Parkinson.
Pour explorer la viabilité des microcapsules de soie à cet égard, les chercheurs ont testé avec succès les micrococons avec un anticorps qui a été développé pour agir sur l'alpha-synucléine, la protéine dont on pense qu'elle fonctionne mal au début du processus moléculaire conduisant à la maladie de Parkinson. Cette étude a été réalisée avec le soutien du Cambridge Center for Misfolding Diseases, dont le programme de recherche est axé sur la recherche de moyens de prévenir et de traiter les maladies neurodégénératives telles que les maladies d'Alzheimer et de Parkinson.
"Certaines des thérapies les plus efficaces et les plus vendues sont les anticorps, " Michèle Vendruscolo, co-directeur du Cambridge Center of Misfolding diseases, mentionné. "Toutefois, les anticorps ont tendance à être sujets à l'agrégation aux concentrations élevées nécessaires à l'administration, ce qui signifie qu'ils sont souvent amortis pour être utilisés dans des traitements, ou doivent être conçus pour favoriser la stabilité."
"En contenant de tels anticorps dans des micrococons, comme nous l'avons fait ici, nous pourrions prolonger considérablement non seulement leur longévité, mais aussi la gamme d'anticorps à notre disposition, " a déclaré Knowles. " Nous sommes très excités par les possibilités d'utiliser la puissance de la microfluidique pour générer des types entièrement nouveaux de matériaux artificiels à partir de protéines entièrement naturelles. "
L'étude, Microcoons de soie pour la stabilisation des protéines et l'encapsulation moléculaire, est publié dans Communication Nature .
