Паучья ихуэла

Паук Nephila inaurata Фото: David Monniaux

Команда ученых из Политехнического университета Мадрида получила очень прочное волокно из железы паука Nephila inaurata, которое, возможно, станет каркасом для искусственных органов («Scientific Reports», 2015, 4, 7326, doi:10.1038/srep07326).

Исследователи применили технологию, которую использовали в Мурсии испанском городе, известном в XIX веке производством прочнейшей шелковой нити «hijuela» из тутового шелкопряда. Крестьяне собирали гусениц до того, как те успевали сплести коконы, и ссыпали их в чаны с уксусом. После этого из шелкопряда доставали железы, производящие шелк, и вытягивали из них прочнейшие нити. Из каждой железы получалась нить своей длины и толщины — этот процесс контролировать не получалось, но несоблюдение единого стандарта искупалось превосходным качеством. Мурсийские волокна использовали как леску для удочек или в качестве хирургической нити.

Ученые решили подробнее разобраться с традиционным методом получения прочного волокна; кстати, это исследование — часть большой биомедицинской программы. Вместо железы тутового шелкопряда они взяли железу паука Nephila inaurata, который обитает в Южной Африке и на некоторых островах Индийского океана. Эти пауки могут сплести настолько прочную паутину, что даже птицы и летучие мыши попадаются в их ловушку. Паутина состоит из белков спидроинов (от английского spider — паук), по аминокислотному составу напоминающих белки шелка — фиброины. Но «паучий шелк» гораздо прочнее обычного, что связано с различным расположением аминокислот в этих белках и длиной молекул — спидроины имеют массу от 120 до 720 кДа (у фиброинов 200-500 кДа). Известно, что паутина гораздо прочнее стали — если бы она имела диаметр 1 мм, то выдерживала бы груз в 200 кг. Кроме того, это биосовместимый материал, что в данном случае имеет особое значение. Поэтому ученые решили создать более прочную «паучью ихуэлу» и оптимизировать процесс ее производства.

Для нового материала использовали железы взрослой самки Nephila inaurata. До извлечения желез пауков откармливали сверчками. Железы извлекали под наркозом, потом выдерживали их в водном растворе уксусной кислоты. Ученые рассчитали, что оптимальная концентрация кислоты должна составлять 1%. При большей концентрации железы быстро затвердевали, что мешало их растягивать, а при концентрации кислоты менее 0,5% получить нить вообще не удавалось. И время инкубации в кислотном растворе должно быть строго определенным если держать в нем железу более трех минут, то волокно получается жестким.

После инкубации в растворе кислоты железу растягивали в специальной машине. В качестве захватов использовали самозакрывающиеся пинцеты с клеем на кончиках. Железу вытягивали на воздухе со скоростью 10, 40 и 80 мм/мин до тех пор, пока нить не отсоединялась от одного из кончиков пинцета. Как выяснилось, скорость растяжения не отражается на качестве волокна, но ученым так и не удалось повлиять на длину нити. Она получалась каждый раз разной и варьировала от 3 до 12 см, в зависимости от железы.

Нить разрезали на несколько образцов по 3 см испытывали ее на растяжение и измеряли параметры. Волокно получилось очень прочным — прочнее, чем в природе, поскольку диаметр полученных нитей больше, чем у природной паутины. Соответственно они могут выдерживать еще большую нагрузку.

Таким образом, ученые адаптировали способ получения мурсийской нити для производства еще более прочного «паучьего шелка». Новый материал можно будет использовать вместо шелковых нитей для некоторых медицинских целей, например в тканевой инженерии и регенеративной медицине.