Expertos del Instituto Karolisnka y de la Universidad sueca de Ciencias Agrícolas han desarrollado un gel a base de proteínas de tela de araña, para aplicaciones biomédicas. Aseguran que podrá utilizarse en ingeniería de tejidos y para liberar medicamentos en el cuerpo. Otra posibilidad es utilizarlo en procesos químicos donde se utilizan enzimas.
En un estudio que difunde Nature Communications, aparecen todos los detalles de este logro científico que tiene como principal protagonista a la profesora Anna Rising. Experta en bioquímica, lidera el grupo de investigación en el Departamento de Biociencias y Nutrición, del Karolinska.
La seda de araña se compone de proteínas (espidroína) que, antes del hilado, permanecen almacenadas como solución acuosa en unas glándulas específicas del animal.
Estudios previos realizados en el Karolinska y en la Universidad sueca de Ciencias Agrarias, con la participación de esta investigadora y del profesor Jan Johansson, demostraron que en las glándulas de la seda existe un importante gradiente de pH.
Los expertos subrayan que la regulación de este gradiente afecta a partes específicas de las proteínas de seda de araña y hace que la fibra se forme rápidamente en un determinado lugar del aparato de producción.
Esto ha servido para diseñar una proteína artificial de tela de araña que incluye secuencias de aminoácidos de las espidroínas de dos especies diferentes. Esta proteína quimérica ha demostrado ser tan soluble en agua como la natural, lo que permite producir grandes cantidades utilizando bacterias para expresarlas. De esta forma, se logra que la producción sea escalable e importante para el sector químico industrial.
Surfactante pulmonar
Hace poco más de cinco años y gracias a la financiación del Consejo de Investigación de Suecia y de la empresa farmacéutica italiana, Anna Rising y Jan Johansson llevaron a cabo un estudio en el que lograron sintetizar surfactante pulmonar, un fármaco utilizado en el cuidado de bebés prematuros, imitando la producción de seda de araña. Los estudios en animales revelaron que es tan efectivo como los medicamentos biológicos actualmente en uso clínico.
El surfactante revolucionó el cuidado de los bebés prematuros al reducir la tensión superficial en los alvéolos pulmonares y permitir que se inflaran en el momento del nacimiento. El medicamento Curosurf, de Chiesi, se produce mediante el aislamiento de proteínas de pulmones de cerdo, un proceso costoso, complicado y potencialmente con riesgo.
Los científicos suecos con participación de expertos de la Universidad de Riga (Letonia) desarrollaron en 2017 un fármaco surfactante, que se puede producir de manera mucho más simple y económica utilizando proteína de araña.
“El proceso de fabricación se basa en el método que utilizan las arañas para mantener solubles sus proteínas agregadas con extrema facilidad para el hilado de la seda. Elegimos producir proteína C de surfactante pulmonar”, explica el profesor Johansson.
La capacidad que tienen las arañas para hilar fibras increíblemente fuertes, a partir de una solución de proteína de seda en fracciones de segundo, ha despertado el interés de los científicos por los mecanismos moleculares subyacentes.
El grupo sueco se ha interesado especialmente en la capacidad de las arañas para mantener las proteínas solubles, de modo que no se agrupen antes de que la seda de la araña se hila.
Hilado artificial de tela de araña
Anteriormente, demostraron que una parte específica de la proteína de seda de araña (dominio N-terminal) se produce en grandes cantidades y puede mantener otras proteínas solubles. Su objetivo es aprovechar todo esto para aplicaciones médicas.
Ahora, el innovador trabajo demuestra que el dominio N-terminal también tiene la capacidad de cambiar de forma y hacer la transición a pequeñas fibrillas que hacen que la solución de proteína se convierta en un gel si se incuba a 37 °C. Además, puede fusionarse con proteínas funcionales que conservan su función en el gel.
En la financiación de este estudio ha participado la Fundación Novo Nordisk, además del Consejo Europeo de Investigación y otras instituciones oficiales de Suecia.
Ya para terminar, en un trabajo que aparece en Nature Chemical Biology, un equipo multinacional, con participación de la Universidad Politécnica de Madrid, ha desarrollado un método bioinspirado con el que, por primera vez, será posible hilar fibras de tela artificial como lo hacen las arañas y que permite producir eficientemente kilómetros de seda.
Se trata del primer procedimiento de hilado artificial de tela de araña. Esta mimetización se ha obtenido desarrollando proteínas recombinantes con la misma solubilidad en agua que la seda natural y un sistema de hilado que se basa, como ocurre en las glándulas de las arañas, en soluciones acuosas, tensiones generadas durante el hilado, y reducción del pH.
En el camino hacia la producción de fibras que igualen o superen las excelentes propiedades de la seda de araña, este trabajo es un avance importante pues, a diferencia de otros anteriores, sólo se emplean disoluciones acuosas. Han demostrado que es posible producir kilómetros de fibras con propiedades mecánicas que se acercan a las de las arañas. Este material puede tener importantes aplicaciones, por ejemplo, en ingeniería de tejidos y medicina regenerativa.
