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24 Jan, 2024

Une glande d’araignée artificielle tisse de la soie d’araignée évolutive comme dans la nature

Une glande d’araignée artificielle tisse de la soie d’araignée évolutive comme dans la nature

Le filage biométrique réalisé à l’aide de ce dispositif pourrait permettre de produire de la soie d’araignée à grande échelle.

La structure moléculaire complexe de la soie d’araignée a été copiée avec succès par des scientifiques qui filent de la soie à partir d’une glande artificielle imitant le processus naturel de production de l’une des fibres les plus résistantes au monde. Les scientifiques estiment que cette avancée constitue un grand pas en avant vers la production de ce matériau très adaptable et recherché, dont les utilisations sont très répandues dans le monde réel.

Les chercheurs du RIKEN Center for Sustainable Resource Science et du RIKEN Cluster for Pioneering Research au Japon ont réalisé cet exploit en adoptant une nouvelle approche, en construisant une glande de soie artificielle conçue pour refléter les changements physiques et chimiques qui se produisent dans la glande de l’araignée. Et cela n’a pas été facile.

La difficulté de reproduire ces processus biologiques complexes a rendu la création d’une soie d’araignée artificielle extrêmement difficile. La fibre de biopolymère est composée de grandes protéines avec des séquences hautement répétitives appelées spidroïnes. Les feuillets bêta, sous-structures moléculaires à l’intérieur des fibres de soie, doivent ensuite être alignés pour donner à la soie ses caractéristiques impressionnantes.

En outre, la glande artificielle a nécessité des mécanismes microfluidiques précis pour que les protéines s’auto-assemblent en fibres de soie qui ne se contentent pas de ressembler à la vraie, mais qui s’y comportent également.

« Dans cette étude, nous avons tenté d’imiter la production naturelle de soie d’araignée en utilisant la microfluidique, qui implique l’écoulement et la manipulation de petites quantités de fluides à travers des canaux étroits », a déclaré Keiji Numata, qui a dirigé la recherche au RIKEN. « En effet, on pourrait dire que la glande à soie de l’araignée fonctionne comme une sorte de dispositif microfluidique naturel.

La glande artificielle, qui ressemble à une boîte rectangulaire non décrite avec des canaux dentelés sur toute sa longueur, est le résultat de nombreux essais et erreurs dans la création de l’environnement adéquat pour que les processus complexes fonctionnent comme dans la nature. L’une de ces erreurs consistait à utiliser la force pour pousser les protéines à travers le système microfluidique ; il fallait une pression négative pour tirer la solution de spidroïne à travers le dispositif.

Cependant, une fois cet obstacle surmonté, l’équipe a pu fabriquer des fibres de soie continues dont les feuilles bêta étaient alignées, ce qui conférait au matériau des caractéristiques proches de celles de la nature.

« La robustesse du système microfluidique a été surprenante, une fois les différentes conditions établies et optimisées », a déclaré Ali Malay, scientifique principal et coauteur de l’étude. « L’assemblage des fibres était spontané, extrêmement rapide et hautement reproductible. Il est important de noter que les fibres présentaient la structure hiérarchique distincte que l’on trouve dans les fibres de soie naturelles ».

Le terme « hautement reproductible » est un attribut crucial ; les réplications réussies ont connu des problèmes d’extensibilité, et l’élevage d’araignées est pratiquement impossible pour des raisons logistiques et biologiques. La production de soie de manière peu coûteuse et efficace pourrait révolutionner l’industrie textile qui nuit à l’environnement, et sa biocompatibilité en fait un candidat idéal pour diverses utilisations médicales, notamment les sutures, les ligaments artificiels et les chirurgies conjonctives.

« Idéalement, nous voulons avoir un impact sur le monde réel », précise Keiji Numata. « Pour ce faire, nous devrons développer notre méthode de production de fibres et en faire un processus continu. Nous évaluerons également la qualité de notre soie d’araignée artificielle à l’aide de plusieurs paramètres et apporterons d’autres améliorations à partir de là. »

https://www.nature.com/articles/s41467-024-44733-1

https://www.riken.jp/en/news_pubs/research_news/index.html

https://phys.org/news/2024-01-scientists-naturalistic-silk-artificial-spider.html