Aplikace polymerů z polyamidu pavoučího hedvábí v nanotechnologiích, biosenzorech, dodávkách vakcín, syntetické biologii, rozhraní mozku a počítače

Dr.Ana Mihalcea,PhD
Obrázek: Vědci vytvořili biosenzor přeměnou pavoučího hedvábí na optické vlákno.
Ve svém předchozím příspěvku jsem popsala mikroskopii pavoučího hedvábí v temném poli v životním prostředí. Zajímalo mě to proto, že jsme s Cliffordem Carnicomem zjistili, že chemické složky gumových sraženin od zemřelých lidí, kterým byl aplikován C19, i od lidí, kterým C19 aplikován nebyl, jsou tvořeny polyamidovými proteiny. Taková byla zjištění analýzy:

Analýza krevních sraženin od žijících a zemřelých osob ukazuje shodné nálezy: Polymerizovaný protein podobný kaučuku – mikroskopie ukazuje vlákna. Část 1 ze 3 – Dr. Ana Mihalcea s Cliffordem Carnicem
Analýza krevních sraženin z živých a zemřelých jedinců pomocí spektroskopie v blízké infračervené oblasti ukazuje na více polymerních složek hydrogelu – 2. část ze 3 – Dr. Ana Mihalcea s Cliffordem Carnicem
Analýza krevních sraženin ze živých a zemřelých jedinců – předběžné testování chemické rozpustnosti – 3. část ze 3 – Dr. Ana Mihalcea s Cliffordem Carnicem

Polyamidy se vyskytují jak v přírodě, tak uměle – polyamidy jsou bílkoviny jako vlna a umělé polyamidy jsou nylony.

Ukázal jsem, jak v roce 2002 biotechnologická společnost Nexia ve spolupráci s Velitelstvím biologické chemie americké armády (SBCCOM) vyrobila proteiny z pavoučího hedvábí. Nazvala ho BioSteel® – vyrobila ho pomocí genového inženýrství s využitím patentované technologie transgenních koz a optimalizovala procesy změkčování, aby vznikly různé druhy pavoučího hedvábí se specifickými vlastnostmi.

V posledních dvou desetiletích měly proteiny z pavoučího hedvábí široké využití, například jako biologické senzory:

Vědci vytvářejí biosenzory přeměnou pavoučího hedvábí na biosenzory…
Vědci využili světlovodné vlastnosti pavoučího hedvábí k vývoji senzoru, který dokáže detekovat a měřit malé změny indexu lomu biologických roztoků, včetně roztoků glukózy a dalších typů cukrů. Nový světelný senzor může být jednoho dne užitečný pro měření hladiny cukru v krvi a dalších biochemických analytů…

Tyto proteiny byly použity s nanočásticemi: vědecký článek v časopise

Nejnovější pokroky ve vývoji funkčních hybridních materiálů na bázi pavoučího hedvábí- vědecký článek v článku

Tyto poznatky jsou zásadní pro pochopení vrozených vlastností pavoučího hedvábí, protože umožňují nahlédnout do složitých procesů, které se podílejí na sestavování hedvábných proteinů do odlišných polymerů jako základu pro nové produkty. V této souvislosti popisujeme vývoj hybridů na bázi pavoučího hedvábí s použitím přírodních i bioinženýrských proteinů pavoučího hedvábí smíchaných s anorganickými nanočásticemi.

Pavoučí hedvábí má materiálové vlastnosti, a to vysokou houževnatost (přibližně trojnásobek houževnatosti kevlaru) , vysokou průtažnost (30% prodloužení při přetržení) odpovídající pryži a biokompatibilitu.

Tento přístup vytváří příležitosti pro inovativní materiálové aplikace v oblasti energetiky a udržitelnosti, medicíny a nanobiomedicínských technologií. Není proto překvapivé, že pavoučí hedvábí je považováno za jeden z nejslibnějších materiálů pro průmyslové aplikace. Hedvábí je také atraktivní v optice a fotonice a při regeneraci tkání . Mírné podmínky jeho biosyntézy navíc naznačují, že výroba inovativních funkčních inteligentních materiálů na bázi hedvábí by byla ekologicky šetrným procesem s minimálním negativním ekologickým dopadem.

Bakterie byly naprogramovány pomocí plazmidů k produkci proteinů pavoučího hedvábí:
rekombinantní DNA pro výrobu proteinů pavoučího hedvábí.

Jednobuněčné organismy, jako jsou bakterie a kvasinky, byly zkoumány jako hostitelské systémy pro rekombinantní hedvábí. Gramnegativní tyčinkovitá bakterie E. coli je dobře zavedeným hostitelem pro výrobu proteinů v průmyslovém měřítku. Proto byla většina rekombinantních pavoučích hedvábí vyrobených v E. coli.

Pavoučí hedvábí bylo použito s oxidem grafenu a dalšími kovovými nanočásticemi k vytvoření mnoha biotechnologických aplikací včetně biosenzorů, mikrotechnologických zařízení, nanovláken pro sběr energie, kostního a tkáňového inženýrství:

Fluorescenční hybridní materiál na bázi přírodního pavoučího hedvábí a uhlíkových teček pro bioaplikace
Existuje databáze všech pavouků, kteří produkují hedvábí, které je DÉLE než OCEL.

Když už mluvíme o tkáňovém inženýrství a vývoji supervojáků, tyto materiály jsou ideální pro biomimikry, ale mají děsivé důsledky. Představte si kyborga s tkání pevnou jako ocel.

Celosvětová databáze pavoučího hedvábí, která pomůže při vývoji biomateriálů.
Nová globální studie, která katalogizovala vlastnosti pavučinového hedvábí téměř 1 100 pavouků, nyní doufá, že poskytne odrazový můstek pro návrh budoucích biomateriálů, které tento zázrak přírody napodobují. Navrhované využití je například jako lehký materiál pro neprůstřelné vesty, pružný stavební materiál, biologicky odbouratelné lahve nebo jako netoxický biomateriál v regenerativní medicíně, který lze použít jako typ lešení pro růst a opravu poškozených nervů nebo tkání.

VLÁKNA PAVOUČÍHO HEDVÁBÍ SE ORGANIZUJÍ PODOBNĚ JAKO AMYLOID NEBO PRIONY.
V tomto článku jsem hovořil o tom, že většina toho, co vidíme, mohou být AMYLOIDNÍ PROTEINY používané v nanotechnologii.

Proteiny pavoučího hedvábí jsou sestaveny stejným způsobem:
Všichni mluví o AMYLOIDECH nebo PRIONECH v souvislosti s biologickými zbraněmi C19. Přehled toho, jak se amyloidní hydrogely a prionové peptidy samy sestavují v nanotechnologických zařízeních a biosenzorech.

Zde se můžete podívat, co je popsáno při výrobě těchto vláken: – SPINDROIN je protein pavoučího hedvábí. Tvorba B listu je způsob, jakým AMYLOID roste.

Smykem zprostředkovaná replikace samosestavování pavoučího hedvábí pomocí mikrofluidiky…
V této studii používáme mikrofluidní zařízení k tvorbě souvislých vláken na bázi rekombinantního spidroinu MaSp2. Strategie zahrnuje iontově indukovanou fázovou separaci kapalina-kapalina, pH řízenou fibrilaci a na smyku závislou indukci tvorby β-listů. Zjistili jsme, že pro tvorbu vláken je zapotřebí prahové smykové napětí přibližně 72 Pa a že tvorba β-listu závisí na přítomnosti polyalaninových bloků v opakující se sekvenci.
Studie ukazují, že HODWAM a AMYLOIDNÍ FIBRILY jsou ROVNOMĚRNÉ.

Pokud tedy vdechneme pavoučí hedvábí, které na nás rozprašuje geoinženýrství, a u očkovaných i neočkovaných lidí C19 se vytvoří GUMOVÉ VLAJKY, které vypadají jako AMYLOIDNÍ –
a jak hedvábí, tak gumové INJURIE jsou tvořeny POLYAMIDY – je zde nějaká souvislost?

Pavoučí hedvábí a amyloidní fibrily: strukturální srovnání – vědecký článek v článku…
Ačkoli se pavoučí hedvábí studuje již desítky let, SCHÉMATICKÉ VLASTNOSTI ZÁKLADNÍCH PAVOUČÍCH PROTEINŮ STÁLE NEJSOU ODHALENY.

Dříve zjištěné nanovlákna podobná AMYLOIDŮM v pavoučím hedvábí naznačovala jejich zapojení do procesu MONTÁŽE.
Rekombinantně vyrobené pavoučí hedvábí se také samo skládá do NANOFIBRIL.
Za účelem dalšího zkoumání strukturních vlastností takových hedvábných nanovláken byla porovnána s vlákny podobnými AMYLOIDu, aby se zdůraznila strukturní podobnost.
Já a další jsme začali pozorovat tyto kulaté micelární koule v krvi, které se z nanovláken rozrůstaly do stále větších struktur.
Obrázek: Neinokulovaná krev C19. Ze sférických micel vyrůstají hydrogelová vlákna. Mnoho dalších micel menší velikosti viditelných ve větší kouli.
Přesně to je popsáno u vzorců růstu hedvábí:
Mikro- a nano-komponenty řídí strukturní přechod monomerů hedvábných proteinů na hedvábná vlákna.
Tato teorie naznačuje, že hedvábný protein spontánně vytváří sférické micelární struktury při vysokých koncentracích proteinu a vysoké viskozitě.
Tyto micely jsou pak dále spřádány do mikronových vláken hedvábného fibroinu.
Zjistili jsme, že v rámci sférických struktur dochází k fázovému přeskupení v mikroměřítku, které je doprovázeno vznikem sférických sestav v nanoměřítku.
Abychom jasně vymezili různé typy sférického uspořádání hedvábného proteinu v různých fázích sestavování, klasifikujeme tyto struktury jako kompartmenty: sférické struktury v mikronovém měřítku jako mikrokompartmenty a sférické sestavy v nanoměřítku jako nanokompartmenty. Naše strukturní analýza ukazuje, že protein uzavřený v mikrokompartmentech si zachovává svou nativní sekundární strukturu (počáteční sekundární strukturu proteinu, když je uzavřen uvnitř hedvábné žlázy), jak předpovídá teorie micel.

Samouspořádání proteinů pavoučího hedvábí je řízeno relé citlivým na pH
Samouspořádání pavoučího hedvábí modulární fázovou separací kapalinou a nanovláknem
Vědci objevili jedinečný mechanismus „pavučiny“, který zachycuje a zabíjí viry, jako je SARS-CoV-2 a chřipka

N-koncová doména spidroinu vytváří hydrogely na bázi vláken podobných amyloidu a poskytuje platformu pro imobilizaci proteinů

Chování buněk při adhezi na vláknech, filmech a nanovláknech z pavoučího hedvábí
Pavoučí hedvábí může PODPOŘIT NEURON :
Lepivé umělé pavoučí hedvábí inspirované neurony pro přenos signálu
Neurony vykazují vynikající schopnost přenosu signálu, což inspiruje umělé neuronové materiály pro aplikace v nositelné elektronice a měkké robotice.
Neuronová vlákna navíc vykazují dobrou mechanickou odolnost tím, že přilnou k orgánům, což je v současné době jen zřídka studováno … Umělé pavoučí hedvábí PrDA by vrhlo světlo na konstrukci umělé neuronové materiály příští generace, bioelektrody a umělé synapse.

Jde také o tolik oceňovaný systém dodávání vakcín, který se rychle rozšiřuje:
Vyvinuté hybridní částice pavoučího hedvábí jako doručovací systém pro peptidové vakcíny.
Prokázali jsme tak účinnost nové vakcinační strategie využívající komplexní systém pro doručování vakcín na bázi proteinů, kde částice pavoučího hedvábí slouží jako nosiče s vloženým peptidovým antigenem. Naše studie dále naznačuje, že zkonstruované vakcíny na bázi pavoučího hedvábí jsou mimořádně stabilní, snadno se vyrábějí a lze je snadno přizpůsobit.

Nový druh vakcíny na bázi pavoučího hedvábí Švýcarští a němečtí vědci úspěšným zapouzdřením vakcíny do mikročástice z pavoučího hedvábí objevili novou techniku, která pomůže v boji proti rakovině a některým infekčním onemocněním.

PRAKTICKY NEZNIČITELNÁ KAPSLE
Vědci použili syntetické biopolymery pavoučího hedvábí – lehký, biokompatibilní, netoxický materiál, který je vysoce odolný vůči degradaci světlem a teplem.
„Toto speciální hedvábí jsme znovu vytvořili v laboratoři, abychom do něj začlenili peptid s vlastnostmi vakcíny,“ vysvětluje Thomas Scheibel, světový specialista na pavoučí hedvábí z univerzity v Bayreuthu, který se na studii podílel. „Vzniklé proteinové řetězce se pak odsolí a vytvoří mikročástice, které se dají aplikovat injekčně.“
Samozřejmě dochází ke spojení syntetické biologie s technologií:
Polymerní filmy inspirované pavoučím hedvábím propojují biologické tkáně a elektronická zařízení.
Propojení biologických tkání s elektronickými zařízeními je náročné kvůli měkkosti tkání a jejich libovolným tvarům a velikostem. Inovativní superkontraktilní polymerní film reagující na vodu, inspirovaný pavoučím hedvábím, umožňuje konstrukci měkkých, roztažitelných a tvarově přizpůsobivých rozhraní mezi tkání a elektronikou.
Armáda má o toto téma nadále obrovský zájem – pozn. pro DVOJÍ ÚČELOVÉ APLIKACE – tj. jako údajný přínos pro člověka a vojenské zbraně.

Výzkum pavoučího hedvábí: Od regenerace kostí až po neprůstřelné vesty.
Office of Naval Research (ONR) Global ve spolupráci s Air Force Office of Scientific Research (AFOSR) sponzoruje průkopnickou práci Dr. Thomase Scheibela, profesora biomateriálů a vedoucího katedry biomateriálů na univerzitě v Bayreuthu. Německo.
Spředené do vláken nebo vytištěné jako gely mohou být použity ke zlepšení stávajících a vývoji nových aplikací, které by se mohly ukázat jako neocenitelné pro civilní obyvatelstvo i vojenské aplikace. Příkladem jsou aplikace v medicíně, například jako lešení pro regeneraci kostí, v optice a elektronice jako biomimetické svaly pro robotiku a jako high-tech vlákna a textilie, například potřebné pro padáky, neprůstřelné vesty nebo mobilní kryty.

Transdermální vakcíny s dodávkou hedvábných proteinů propaguje Bill Gates – důkaz v článku
Vaxess Technologies je společnost rizikového kapitálu a věd o živé přírodě podporovaná Gatesovou nadací, která vyvíjí nové složení vakcín a technologie jejich podávání založené na patentované hedvábné platformě. Naším cílem je zlepšit přístup k vakcínám tím, že umožníme výrobu lepších a stabilnějších vakcín, které lze snadno dodávat po celém světě.

Neuniká mi, že po celém světě může být aerosol – prostřednictvím letadel – a proto nacházíme v životním prostředí pavoučí hedvábí? Existuje na to výzkum:

Okamžitá tvorba aerosolů hedvábných proteinů a vláken pomocí přenosného rozprašovacího zařízení v okolních podmínkách.

Předkládaná práce představuje novou strategii okamžité výroby aerosolů hedvábných proteinů a hedvábných vláken na místě pomocí rozprašovacího zařízení, čímž se lze vyhnout složitým a nákladným pokročilým výrobním technikám. Klíčem k úspěchu je okamžitý konformační přechod hedvábného fibroinu z náhodného závitu na β-list těsně před rozprašováním smícháním roztoků hedvábí a polyethylenglykolu (PEG) v rozprašovacím zařízení, což umožňuje rozprašování aerosolů a hedvábných vláken s dosaženou dodatečnou kontrolou prostřednictvím molekulové hmotnosti hedvábí. Proces změkčování rozprašovacího zařízení je založen na použití zelených rozpouštědel, to znamená, že všechny kroky okamžitého konformačního přechodu hedvábného vlákna probíhají za vodných podmínek nebo s pufry za okolních podmínek v kombinaci se smykovým a prodlužovacím tokem způsobeným hydraulickým tlakem vytvářeným v nádobě rozprašovače.

Zdroj, translation via deepl and deeps