Amerikaanse onderzoekers hebben een methode ontwikkeld waardoor zelfontworpen bacteriën een synthetisch spiereiwit kunnen maken. Dit eiwit is vervolgens verwerkt in kunstmatige vezels die sterker zijn dan Kevlar.
Wetenschappers en ingenieurs streven er al lang naar synthetische materialen gebaseerd op spierweefsel te produceren. Deze materialen kunnen bijvoorbeeld worden ingezet in (bio)technische onderzoek of bij het maken van robots van zachte en buigzame materialen.
‘We vroegen ons af: kunnen we niet direct synthetische spieren maken?’ zegt Fuzhong Zhang, onderzoeksleider en biologisch ingenieur aan de Washington-universiteit te St. Louis, in een persbericht. ‘Normaal gesproken gebruiken we daar dieren voor, maar waarom geen micro-organismen?’
Van stukjes tot vezel
Een van de drie eiwitten in een spiervezel is titine, een heel groot en zwaar molecuul. Het is zelfs het zwaarste eiwit dat we kennen. In de spier werkt titine als een soort veer die de spier zowel elastisch als stabiel houdt. Maar juist door de enorme grootte van titine was het nog niet zo makkelijk om synthetische spierweefsel te maken.
Het onderzoeksteam gebruikte namelijk E. coli-bacteriën en normaal gesproken zijn bacteriën niet in staat lange eiwitstructuren te maken. Maar met een speciale chemische techniek werd deze beperking omzeild; de bacteriën konden zo kleine stukjes titine aan elkaar plakken tot één lange streng. Daarna gebruikten de onderzoekers een specifieke spinmethode om deze eiwitstrengen samen te draaien in een vezel.
Uit vervolganalyses bleek dat de synthetische eiwitvezels heel vergelijkbare eigenschappen hebben als lichaamseigen spiervezels. Ook is de synthetische vezel zo sterk dat hij andere textielvezels als katoen en zijde doet verbleken. Hij blijkt zelfs sterker dan Kevlar, het type vezel dat gebruikt wordt in kogelwerende kleding.
Unieke materialen
Hoewel je nu misschien flashbacks krijgt naar de vleesjurk van Lady Gaga, zijn de toepassingen van deze spierweefselvezel een stuk minder luguber. Niet alleen kan de vezel op den duur verwerkt worden in duurzame of beschermende kleding, ook is de biomedische wereld een materiaal rijker. Het synthetische titine lijkt namelijk zo sterk op het lichaamseigen eiwit dat ons lichaam de vezel waarschijnlijk niet zal afstoten. Dit kan goed van pas komen bij hechtingen of in de regeneratieve geneeskunde.
‘Voor de regeneratieve geneeskunde is het belangrijk dat we de samenstelling van bepaalde vezels zo kunnen sturen dat de geregenereerde weefsels zoveel mogelijk lijken op en functioneren als normale, gezonde weefsels’, reageert Sandra Loerakker, biomedisch ingenieur aan de Technische Universiteit Eindhoven en niet betrokken bij deze studie. ‘Ontwikkelingen zoals deze maken het wellicht mogelijk om meer controle te krijgen over dit proces.’
Het onderzoeksteam heeft al patent aangevraagd op deze productiemethode. Nu wil het team die gaan gebruiken om meer unieke materialen te ontwikkelen. ‘Het mooie van deze methode is dat ze overal kan worden ingezet’, vertelt Cameron Sargent, biomedisch promovendus aan de Washington-universiteit en een van de auteurs. ‘We kunnen eiwitten uit verschillende natuurlijke omgevingen nemen en die in deze bacteriën plaatsen voor het polymerisatieproces. Zo produceren we grotere en langere eiwitten voor de ontwikkeling van talloze duurzame en hoogwaardige materialen.’
