Pânza de păianjen, studiată pentru tratarea rănilor și eliberarea controlată a medicamentelor

Mătasea de păianjen, cunoscută pentru rezistență, elasticitate și capacitatea de a se descompune natural, este studiată de oamenii de știință pentru posibile aplicații medicale, de la eliberarea controlată a medicamentelor până la tratarea rănilor și regenerarea țesuturilor.

Cercetare inspirată și de Spider-Man

Aliasger K. Salem, profesor de științe farmaceutice la Universitatea din Iowa, a explicat aceste posibile aplicații într-un articol publicat de „The Conversation”. El a folosit ca reper evoluția personajului Spider-Man pentru a ilustra diferența dintre ficțiune și realitatea biologică: în filmele mai vechi, Peter Parker producea pânza artificial, cu dispozitive mecanice montate la încheieturi, în timp ce în filmul „Spider-Man: Brand New Day”, programat pentru 31 iulie 2026, personajul o generează direct din corp.

Potrivit profesorului Salem, această schimbare „transformă o tehnologie familiară a supereroului într-o abilitate biologică și scoate în evidență proprietățile spectaculoase ale mătăsii de păianjen”. El a precizat însă că, spre deosebire de personajul fictiv, oamenii nu pot produce sau proiecta mătase de păianjen din propriul corp. Materialul real este studiat de zeci de ani tocmai pentru rezistența, elasticitatea și potențialul său de a fi adaptat în scopuri medicale și tehnologice.

Cum este obținută mătasea folosită în laborator

Cercetătorii nu recoltează mătasea direct de la păianjeni. În schimb, genele responsabile de producerea ei sunt introduse în bacterii sau alte tipuri de celule, care fabrică proteine de mătase modificate. Acestea pot fi transformate ulterior în particule, pelicule, geluri, fibre sau structuri poroase, cu potențiale utilizări medicale.

„Ca cercetător în administrarea medicamentelor și ingineria tisulară, văd o lecție esențială în mătasea de păianjen: performanța unui material nu depinde numai de componentele sale, ci și de modul în care oamenii de știință le procesează și le organizează”, a explicat Aliasger K. Salem.

Eliberare treptată a medicamentelor și sprijin pentru regenerarea țesuturilor

În administrarea medicamentelor, mătasea poate acționa ca un rezervor biodegradabil ce reține substanța activă și o eliberează treptat în organism. Într-un studiu de laborator, particulele obținute din mătase de păianjen modificată au eliberat molecule mici într-un ritm aproape constant timp de aproximativ două săptămâni. Cercetătorii au analizat de asemenea folosirea particulelor și gelurilor din această mătase pentru medicamente pe bază de proteine, precum insulina și tratamentele cu anticorpi.

„Aceste sisteme sunt încă experimentale, dar arată cum un material biodegradabil ar putea proteja un medicament și controla eliberarea sa. Mătasea poate forma și o structură tridimensională temporară, care oferă celulelor spațiul necesar pentru a se fixa, a crește și a se organiza în timpul refacerii țesuturilor”, a explicat profesorul.

În funcție de tipul leziunii, o astfel de structură poate fi folosită pentru a acoperi o rană a pielii sau poate fi implantată pentru a uni ori umple o zonă de țesut deteriorat. Studiile pe animale au testat mătasea recombinantă de păianjen pentru acoperirea arsurilor, iar cercetările de laborator au analizat structuri concepute pentru a susține dezvoltarea celulelor și regenerarea nervilor. Echipa profesorului Salem a folosit principii similare pentru realizarea unor structuri sintetice imprimate 3D destinate regenerării osoase, care oferă susținere fizică țesuturilor și transmit instrucțiuni genetice ce stimulează formarea vaselor de sânge și refacerea țesuturilor.

Structura complexă a pânzei de păianjen

Potrivit profesorului Salem, pânza de păianjen nu este un fir uniform, ci o structură complexă alcătuită din mai multe tipuri de mătase, fiecare cu un rol distinct: unele fire formează cadrul și „spițele” pânzei, altele alcătuiesc spirala elastică și lipicioasă care reține prada, iar altele sunt folosite pentru fixare, protejarea ouălor, adăposturi sau ca fire de siguranță.

„Mătasea de păianjen este materialul pe care păianjenii îl produc pentru a construi pânzele. Pânza este arhitectura realizată din acest material, la fel cum oțelul este un material, iar podul este o structură. Toți păianjenii produc mătase, deși mulți dintre ei nu construiesc pânze pentru a captura hrana”, a explicat Aliasger K. Salem.

Mătasea este alcătuită în principal din proteine numite spidroine, ale căror lanțuri combină secțiuni rigide cu porțiuni flexibile, ceea ce îi conferă atât rezistență, cât și capacitatea de a absorbi energie în timpul întinderii. Un exemplu remarcabil este mătasea produsă de păianjenul de scoarță al lui Darwin, care, raportată la volum, poate absorbi înainte de rupere de peste zece ori mai multă energie decât Kevlarul.

Păianjenul nu păstrează fire gata formate în corp, ci proteine concentrate într-un lichid pe bază de apă, depozitat în glandele abdominale. Pe măsură ce lichidul trece printr-un canal îngust, apa este eliminată, iar modificările de pH, de concentrație a ionilor și forțele mecanice aliniază proteinele și le transformă într-o fibră solidă. Procesul are loc la temperatura mediului, fără căldura intensă sau solvenții agresivi folosiți frecvent la fabricarea fibrelor sintetice.