La fibroina è una proteina che ha attirato l’attenzione degli scienziati per le sue proprietà uniche e potenziali applicazioni nel campo della salute.
Essa infatti è biocompatibile e può essere utilizzata come supporto per la crescita di cellule e tessuti rigenerativi. Ad esempio, la fibroina può essere utilizzata per produrre biopolimeri che aiutano nella rigenerazione di pelle, muscoli, nervi e ossa danneggiate.
La fibroina è anche utilizzata per la produzione di biomateriali come fili di sutura biocompatibili e dispositivi per la somministrazione di farmaci. La sua biocompatibilità e la capacità di degradarsi nel tempo senza danneggiare l’organismo costituiscono fattori di crescente interesse.
Inoltre caratteristiche come l’autoassemblaggio, le robuste proprietà meccaniche, la biocompatibilità e la biodegradabilità possono essere migliorate attraverso una varietà di modifiche chimiche.
Queste modifiche ampliano la gamma di applicazioni di ingegneria cellulare e tissutale ottenibili. Studi e ricerche sono ancora in corso per esplorare appieno il potenziale della fibroina nella rigenerazione dei tessuti.
La fibroina dai bachi e dai ragni
In natura la fibroina è prodotta dai bachi da seta e da molte specie di ragni. Durante la fase di costruzione del bozzolo, il baco da seta produce la fibroina attraverso le ghiandole sericine presenti nella sua testa.
La bava sottilissima a contatto con l’aria si solidifica e, guidata con movimenti del baco si dispone in strati formando un bozzolo di seta grezza che in una struttura solida che protegge la crisalide durante la trasformazione in farfalla
Questa capacità di produrre seta di alta qualità ha reso i bachi da seta una specie di grande interesse per la produzione tessile.
I ragni secernono la fibroina attraverso le ghiandole situate nell’addome, formando filamenti di seta che vengono intrecciati per creare intricate ragnatele costruite attraverso l’unione della seta in vari punti ben precisi. Le ragnatele, infatti, servono ai ragni per la cattura delle prede e la conservazione delle uova
Struttura della fibroina
È costituita da amminoacidi che si legano tra loro per formare una catena polipeptidica lunga e resistente.
La sequenza degli amminoacidi può variare tra diverse specie di insetti; quella del baco da seta è composta principalmente da tre amminoacidi: glicina, alanina serina.
Le lunghe catene polipeptidiche sono orientate parallelamente all’asse della fibra e i legami che tengono insieme queste catene sono legami a idrogeno o legami ionici. Ha una struttura quasi lineare che non forma α-eliche ma piuttosto β-foglietti in cui le catene polipeptidiche si piegano e si allineano parallelamente per formare foglietti piatti. Le catene disposte in modo planare lungo l’asse della fibra formano legami idrogeno ed elettrostatici con catene adiacenti. Questa struttura si traduce in una significativa interazione tra le molecole, con un’elevata cristallinità che provoca una maggiore rigidità e una rigidità ridotta rispetto alle fibre dei capelli come la lana.
Nella fibroina si possono identificare tre fasi cristalline:
fase I: comprende il 60% della molecola ed è caratterizzata da una struttura altamente cristallina costituita principalmente da glicina, alanina, serina e tirosina;
fase II: comprende circa il 30% della molecola ed è costituita principalmente da glicina, alanina, tirosina e valina;
fase III: comprende la parte amorfa della molecola ed è caratterizzata principalmente da amminoacidi con gruppi laterali voluminosi o ionici. Queste zone sono responsabili di dare alla seta la sua elasticità. Gli amminoacidi con gruppi laterali voluminosi facilitano il movimento delle fibre.
Fibroina ricombinante
La fibroina può essere modificata chimicamente per conferirle nuove proprietà o per facilitare la sua lavorazione in materiali utili in campo biomedico.
Sono state sviluppate anche tecniche di ingegneria genetica per produrre fibroina tramite la tecnica del DNA ricombinante utilizzando organismi come i batteri. Questa può essere prodotta in grandi quantità in laboratorio senza la necessità di allevare i bachi da seta. Il processo di produzione della fibroina ricombinante inizia con l’isolamento del gene che la codifica dalla specie di insetto desiderata, come il baco da seta. Questo gene è quindi inserito in un vettore, spesso un plasmide, che è successivamente trasferito all’organismo ospite, come un batterio, ad esempio l’Escherichia coli.
Una volta che il gene della fibroina è stato inserito nell’organismo ospite, viene avviata la produzione della fibroina ricombinante. L’organismo ospite utilizza il proprio sistema di traduzione per produrre le catene polipeptidiche della fibroina. Queste catene polipeptidiche possono essere poi isolate, purificate e assemblate per formare filamenti.
La fibroina ricombinante offre la possibilità di modificare la sequenza degli amminoacidi nella proteina, consentendo di ottenere varianti con proprietà ottimizzate per specifiche applicazioni e avere caratteristiche specifiche, come maggiore resistenza e biocompatibilità migliorata
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