Tra i biomateriali sotto la lente di ingrandimento degli scienziati vi sono composti, naturali o sintetici o misti, capaci di interagire con l’acqua a formare dei gel che, a loro volta, riescono a interfacciarsi con i tessuti biologici. Si tratta degli idrogel, sostanze dalle innumerevoli potenzialità in campo medico e anche farmaceutico: possono agire infatti da vettori per il trasporto di sostanze farmacologiche, rilasciandole in modo uniforme e graduale sulla superficie con la quale vengono a contatto.
Di recente un gruppo di ricerca, composto per lo più da scienziati svedesi, ha pubblicato su Nature Communication alcune considerazione sulla seta di ragno, indicando come poterla sfruttare per creare un nuovo idrogel trasparente stabile. Il ragno produce 7 diversi tipi di seta, chiamate spidreine, ognuna con terminale proteico che si è scoperto essere molto importante per la formazione del filo di seta. Nel loro lavoro gli autori hanno lavorato con una mini-spidreina ricombinate, His-NT2RepCT, formata da una regione globulare N-terminale, una breve regione ripetuta, una zona C-terminale e un’etichetta per la purificazione, la His6-tag. Nel suo complesso, questa proteina ricombinante presenta caratteristiche molto simili a quella della seta di ragno nativa. In particolare, può essere indotta a formare una fibra continua se messa in condizioni simili a quelle naturali, ovvero fatta passare rapidamente da una sostanza a pH 8 a una soluzione a pH 5. Inoltre, se incubata a 37°C, la proteina gelifica, producendo un idrogel trasparente.
Gli autori hanno anche osservato che il processo di gelificazione avviene per varie concentrazioni di proteina, da 10 a 300 mg/ml, e che la concentrazione ne influenza la velocità in modo inversamente proporzionale. Studi successivi hanno escluso che la gelificazione sia sostenuta dall’etichetta His6-tag, evidenziando il ruolo di entrambi i terminali globulari. In particolare, il terminale N (NT) si è dimostrato capace di gelificare anche da solo, a volte a velocità anche superiore rispetto alla proteina intera. Inoltre, il gel formato da NT da solo è eccezionalmente trasparente, mentre altre spidreine danno gel più opachi. Altro dato interessante: una volta formato, il gel resta stabile anche riducendo la temperatura esterna, caratteristica utile se si pensa di sfruttarlo in modo commerciale. Da un punto di vista chimico, il gel presenta una struttura simile a quella delle fibrille amieloidi, più lunghe e con diametro compreso tra 5-12 nm nelle zone NT e più brevi ma più larghe nelle altre, con diametri che variano tra 7 e 16 nm.
Il lavoro qui presentato ha già valutato anche il potenziale biotecnologico del gel prodotto con His-NT2RepCT, concludendo che potrebbe essere utile per realizzare idrogel funzionali, per esempio per immobilizzare gli enzimi, controllare il rilascio di farmaci e favorire l’ingegnerizzazione dei tessuti. Inoltre, si potrebbe utilizzare il terminale NT per produrre proteine di fusione solubili da sfruttare in idrogel stampati in 3D. Attenzione però: non tutte le sete di ragno possono essere utilizzate per creare idrogel utili all’uomo… dipende dalla specie. Per esempio, Araneus ventricosus produce spidreine che non gelificano, mentre quelle di Trichonephila clavipes lo fanno. Lo studio è molto ricco e pubblicato in open source.
Studio: Arndt, T., Jaudzems, K., Shilkova, O. et al. Spidroin N-terminal domain forms amyloid-like fibril based hydrogels and provides a protein immobilization platform. Nat Commun 13, 4695 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-32093-7
