La seda de gusano como biomaterial
Quang Nguyen Vinh | Pexels
La glándula sericígena es la responsable de segregación de la seda, con tres regiones bien caracterizadas funcionalmente: la glándula posterior segrega exclusivamente fibroína, material principal de la seda (entre el 70% y 80%), la región media segrega sericina, la cual es irritante y estimula la cascada de inflamación en humanos, y la región anterior es donde el filamento se forma por presión del área transversal, pH, fuerza iónica y actividad del agua.
Las dos proteínas principales presentes en el capullo son la fibroína y la sericina, la fibroína está dispuesta en dos filamentos unidos por una capa de sericina, que actúan como adhesivo.
Estructura de la seda de gusano vista por microscopio electrónico
Las propiedades mecánicas de los hilos de seda son comparables con hilos muy finos de acero y fibras artificiales como el kevlar 49, y en algunos casos superando sus prestaciones como es el caso de la deformación de rotura. También es de destacar que su fuerza depende de la humedad, pues puede perder hasta el 25% de su fuerza debido a la humedad. La fibroína es un excelente candidato como biomaterial por sus características:
Estas propiedades mecánicas son explicadas gracias a la estructura de la fibroína. La fibroína de seda es una proteína lineal de carácter hidrofóbico compuesta por una cadena pesada (aproximadamente 390 kDa) y una cadena ligera (aproximadamente 25 kDa) unidas entre sí a través de enlaces di-sulfuro. Además, es un copolímero natural formado por grandes bloques hidrófobos separados por pequeños bloques hidrófilos cargados negativamente (5062 aminoácidos) y dos grandes bloques hidrofílicos en los extremos. El extremo N-terminal, formado por 151 aminoácidos, está cargado negativamente y el C-terminal, formado por 50 aminoácidos, cargado positivamente. Estas características le dan una conformación de hojas β antiparalelas.
Este tipo de características le confiere flexibilidad y puede generar 2 conformaciones. Una altamente inestable considerada la forma I, la cual se obtiene cuando la fibroína entra en contacto con el agua, y una forma II más estable, en donde las láminas β se apilas, debido a la formación de enlaces de puentes de hidrógeno. Esta transición se considera irreversible.
La conformación de la fibroína tiene una compatibilidad del 100% con los humanos, además de tener una estructura similar al colágeno en la matriz extracelular. Su degradación en el cuerpo humano es muy lenta, permitiendo a las células tener un sistema de andamiaje por más tiempo, además de permitir que el colágeno y la matriz extracelular se regeneren más rápido que su degradación. Se ha encontrado que la fibroína se degrada en dos años y después de este tiempo no permanecen rastros del material en el organismo.
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