Versões microscópicas dos casulos fiados pelos bichos-da-seda foram fabricadas por uma equipe de pesquisadores. As minúsculas cápsulas, que são invisíveis a olho nu, pode proteger materiais moleculares sensíveis, e pode ser uma tecnologia significativa em áreas como ciência alimentar, biotecnologia e medicina.

As cápsulas foram feitas na Universidade de Cambridge usando um processo de microengenharia especialmente desenvolvido. O processo imita em microescala a maneira como os bichos da seda Bombyx mori tecem os casulos dos quais a seda natural é colhida. As cápsulas em escala de mícron resultantes compreendem uma casca sólida e resistente de nano-fibrilas de seda que circundam e protegem um centro de carga líquida, e são mais de mil vezes menores do que os criados pelos bichos-da-seda.

Escrevendo no jornal Nature Communications , a equipe sugere que esses "micrococoons" são uma solução potencial para um problema tecnológico comum:como proteger moléculas sensíveis que têm benefícios potenciais para a saúde ou nutricionais, mas pode facilmente degradar e perder essas qualidades favoráveis ​​durante o armazenamento ou processamento.

O estudo argumenta que selar essas moléculas em uma camada protetora de seda pode ser a resposta, e que micrococoons de seda que são muito pequenos para ver (ou saborear) poderiam ser usados ​​para armazenar partículas minúsculas de "carga" molecular benéfica em vários produtos, como cosméticos e alimentos.

A mesma tecnologia também pode ser usada em produtos farmacêuticos para tratar uma ampla gama de doenças graves e debilitantes. No estudo, os pesquisadores mostraram com sucesso que os micrococoons de seda podem aumentar a estabilidade e o tempo de vida de um anticorpo que atua em uma proteína implicada em doenças neurodegenerativas.

O trabalho foi realizado por uma equipe internacional de acadêmicos das Universidades de Cambridge, Oxford e Sheffield no Reino Unido; o Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Zurique, Suíça; e o Instituto de Ciência Weizmann em Israel. O estudo foi liderado pelo Professor Tuomas Knowles, Fellow do St John's College da University of Cambridge e codiretor do Center for Protein Misfolding Diseases.

"É um problema comum em uma variedade de áreas de grande importância prática ter moléculas ativas que possuem propriedades benéficas, mas são um desafio para estabilizar para armazenamento", disse Knowles. "Um conceito simples, mas poderoso, solução é colocá-los dentro de cápsulas minúsculas. Essas cápsulas são normalmente feitas de polímeros sintéticos, que pode ter uma série de desvantagens, e recentemente exploramos o uso de materiais totalmente naturais para esse fim. Há potencial para substituir plásticos por materiais biológicos sustentáveis, como seda, para este propósito. "

Dra. Ulyana Shimanovich, que realizou a maior parte do trabalho experimental como um associado de pesquisa de pós-doutorado do St John's College, disse:"A seda é um exemplo fantástico de um material estrutural natural. Mas tivemos que superar o desafio de controlar a seda na medida em que pudéssemos moldá-la aos nossos designs, que são muito menores do que os casulos de seda natural. "

Dr. Chris Holland, colega de trabalho e chefe do Grupo de Materiais Naturais em Sheffield acrescentou:"A seda é incrível porque, embora seja armazenada como um líquido, girar o transforma em um sólido. Isso é conseguido esticando as proteínas da seda conforme elas fluem por um tubo microscópico dentro do bicho-da-seda. "

Para imitar isso, os pesquisadores criaram um minúsculo, duto giratório artificial, que copia o processo natural de fiação para fazer com que a seda não fiada se forme em um sólido. Eles então descobriram como controlar a geometria dessa automontagem para criar conchas microscópicas.

A fabricação de cápsulas sintéticas convencionais pode ser um desafio de uma maneira ecologicamente correta e a partir de materiais biodegradáveis ​​e biocompatíveis. A seda não é apenas mais fácil de produzir; também é biodegradável e requer menos energia para ser fabricado.

“A seda natural já está sendo usada em produtos como material cirúrgico, então sabemos que é seguro para uso humano, "Disse o professor Fritz Vollrath, chefe do Oxford Silk Group." Mais importante, a abordagem não muda o material, apenas sua forma. "

Os micrococoons de seda também podem expandir o alcance e a vida útil das proteínas e moléculas disponíveis para uso farmacêutico. Como a tecnologia pode preservar anticorpos, que de outra forma degradaria, em casulos com paredes que podem ser projetadas para se dissolver ao longo do tempo, poderia permitir o desenvolvimento de novos tratamentos contra o câncer, ou condições neurodegenerativas como as doenças de Alzheimer e de Parkinson.

Para explorar a viabilidade das microcápsulas de seda a este respeito, os pesquisadores testaram com sucesso os micrococoons com um anticorpo que foi desenvolvido para atuar na alfa-sinucleína, a proteína que parece funcionar mal no início do processo molecular que leva à doença de Parkinson. Este estudo foi realizado com o apoio do Cambridge Center for Misfolding Diseases, cujo programa de pesquisa está focado na busca de formas de prevenir e tratar doenças neurodegenerativas, como as doenças de Alzheimer e Parkinson.

"Algumas das terapêuticas mais eficazes e mais vendidas são os anticorpos, "Michele Vendruscolo, co-diretor do Cambridge Center of Misfolding disease, disse. "Contudo, anticorpos tendem a ser propensos a agregação nas altas concentrações necessárias para entrega, o que significa que muitas vezes são descartados para uso em tratamentos, ou tem que ser projetado para promover estabilidade. "

"Ao conter esses anticorpos em micrococoons, como fizemos aqui, poderíamos estender significativamente não apenas sua longevidade, mas também a gama de anticorpos à nossa disposição, "Knowles disse." Estamos muito entusiasmados com as possibilidades de usar o poder da microfluídica para gerar tipos inteiramente novos de materiais artificiais a partir de proteínas totalmente naturais. "

O estudo, Microcooons de seda para estabilização de proteínas e encapsulamento molecular, é publicado em Nature Communications .