نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسنده

دانشجوی دکتری تخصصی بیومتریال، آزمایشگاه نانوبیومتریال، دانشکده مهندسی‌پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

10.22041/ijbme.2011.13148

چکیده

فیبروئین ابریشم، پروتئینی فیبری با خواص مکانیکی بسیار مطلوب است که توسط دسته بزرگی از جانوران از جمله کرم بومبیکس‌موری به شکل رشته‌ای ساخته می‌شود. ساختار منحصر به فرد ابریشم، تنوع فرآوری، زیست‌سازگاری، در دسترس بودن آن به شکل‌های گوناگون، امکان اعمال مهندسی ژنتیک بر روی گونه‌های مختلف، قابلیت استریل‌شدن، شیمی سطح مناسب و تخریب‌پذیری کنترل‌شده، ابریشم را در کاربرد‌های بالینی، پزشکی، آرایشی-بهداشتی و غذایی به ماده‌ای بی‌نظیر بدل کرده است. در پژوهش حاضر استحصال و بررسی پروتئین فیبروئین از تار ابریشم ‌بومبیکس‌موری با هدف کاربردهای پزشکی و بهداشتی انجام شد. خواص فیزیکی، شیمیایی و ساختاری ابریشم توسط FTIR،   XRDو SEM مورد بررسی قرار گرفت. سلول‌های استئوبلاستی G292 به منظور بررسی خواص زیستی این بیومتریال بر روی آن کشت داده شد. نمودار طیف FTIR فیبروئین استخراج شده است که پیک‌هایی را در  1-cm 1655، 1-cm 1530، 1-cm 699  و 1-cm 1239 نشان می‌دهد. فیبروئین ابریشم همچنین پس از استخراج و پس از بازیابی با متانول از نظر میزان بلورینگی با دستگاه XRD مورد بررسی قرار گرفت که ظهور پیک  در نمونه بازیابی شده نشان از تشکیل مجدد صفحات بتا داشت. از الیاف ابریشم نیز قبل و بعد از صمغ‌زدایی با SEM تصویر‌برداری شد و قطر نسبی الیاف ابریشم بین 14 تا 24 میکرومتر تعیین شد. آزمون‌های زیست‌سازگاری بیرون‌تنیMTT برای بررسی قابلیت کاربرد آن در بدن انجام شد و سازگاری سلول‌ها در مجاورت فیبروئین به اثبات رسید. استئوبلاست‌های چسبیده بر روی داربست‌ها توسط SEM مورد بررسی قرار گرفت. بررسی‌های فیزیکی و زیستی اولیه بر روی پروتئین فیبروئین سازگاربودن آن با سیستم‌های زیستی را تایید کرد. به نظر می‌رسد پروتیئن حاضر می‌تواند پیش‌ماده مناسبی برای تولید مواد مرتبط با سیستم‌های زیستی باشد.  

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Extraction and characterization of Bombyx Mori silk for medical application

نویسنده [English]

  • Sahba Mobini

1Assistant Professor, Reproductive Biotechnology Research Center of Ebne Sina, Medical Research Institute of New Technology,

چکیده [English]

Silk fibroin is fibrous proteins with excellent mechanical properties which are produced by wide group of animals such as Bombyx Mori. Silk fibroin with specific molecular structure can be processed into a diverse set of morphologies. Additionally, biotechnologically produced silk proteins will allow the preparation of a new generation of protein-based bio-polymeric materials with programmed properties for a wide variety of exciting medical applications. In this study, silk protein was extracted from Bombyx Mori’s cocoons and evaluated by FTIR and XRD methods. Results showed sharp amide peaks in 1655 cm-1 and 1530 cm-1 wavelength in FTIR spectrum pattern confirming existence of fibroin. SEM images of the fibers showed continuous fibers with cross-section between 14 to 24 μm. Biocompatibility tests were carried out through seeding osteoblasts cell line G292 on 2D film as well as fibers. Adhesion and proliferation of osteoblasts were investigated by MTT assay which showed no cytotoxicity. Therefore, fibroin appears to be remarkable material for prospect application in biomedicine.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bombyx Mori’s cocoons
  • Natural polymers
  • fibroin
  • Biomaterials
  • Environmental compatibility

[1]     D. Chow, M.L. Nunalee, D.W. Lim, A. J. Simnick, A. Chilkoti, “Peptide-based biopolymers in biomedicine and biotechnology”, Materials Science and Engineering (2008), R 62, 125–155.

[2]     J.G. Hardy, L.M. Romer, T.R. Scheibel, “Polymeric materials based on silk proteins”, Polymer (2008), 49, 4309–4327.

[3]     C. Veparia, D.L. Kaplan,” Silk as a biomaterial”, Prog. Polym. Sci. (2007), 32, 991–1007.

[4]     O. Hakimi, D.P. Knight, F. Vollrath, P. Vadgama,” Spider and mulberry silkworm silks as compatible biomaterials”, Composites: Part B (2007), 38, 324–337.

[5]     M. Yang, J. Kawamura, Z. Zhu, K. Yamauchi, T. Asakura, “Development of silk-like materials based on Bombyx mori and Nephila clavipes dragline silk fibroins”, Polymer (2009), 50, 117–124.

[6]     S.C. Kundua, B.C. Dasha, R. Dasha, D. L. Kaplan,” Natural protective glue protein, sericin bioengineered by silkworms: Potential for biomedical and biotechnological applications”, Progress in Polymer Science (2008), 33, 998–1012.

[7]     A. Sonthisombat, P.T. Speakman,” Silk: queen of fibers”, Thesis, University of leeds, UK, 2003.

[8]     K. Numata, D. L. Kaplan,” Differences in Cytotoxicity of _-Sheet Peptides Originated from Silk and Amyloid _”, Macromolecular Bioscience (2011), 11, 60–64.

[9]     Y. Zhang, “Applications of natural silk protein sericin in biomaterials”, Biotechnology Advances (2002), 20, 91– 100.

[10] E.S. Sashina, A. M. Bochek, N. P. Novoselov, D.A. Kirichenko, “Structure and Solubility of Natural Silk Fibroin”, Russian Journal of Applied Chemistry (2006), 79, 869–876.

[11] G. Vunjak-Novakovic, R.I. Freshney, “Culture of cells for tissue engineering”, New Jersey, John Wiley & Sons, (2006), 323–330.

[12] S. Louisia, M. Stromboni, A. Meunier, L. Sedel, H. Petite,”Repair of a large segmental diaphyseal defect with coral: Influence of fresh bone marrow on osteogenesis and coral resorption" J. of bone and Joint Surgery (1999), 81, 719–724.

[13] U. Kim, J. Parka, H. J. Kim, M. Wadac, D. L. Kaplan,” Three-dimensional aqueous-derived biomaterial scaffolds from silk fibroin”, Biomaterials (2005), 26, 2775–2785.

[14] G. H. Altman, F. Diaz, C. Jakuba, T.Calabro, R. L. Horan, J. Chen, H. Lu, J. Richmond, D.L. Kaplan,” Silk-based biomaterials”, Biomaterials (2003), 24, 401–416.

[15] J.G. Hardy, T.R. Scheibel, “Composite materials based on silk proteins”, Progress in Polymer Science (2010), 35, 1093–1115.

[16] دکتر مرتضی دهقان نژاد، "صنعت و تجارت ابریشم ایران در عصر زندیه"، مجله الکترونیکی تاریخ و توسعه دانشگاه صنعتی اصفهان، 1388.

[17] B.H. Stuart,” Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications”, England, John Wiley & Sons, (2004),

[18] T. Miyazawa, E.R. Blout,” The Infrared Spectra of Polypeptides in Various Conformations: Amide I and II Bands”, Journal of American Chemical Society (1961), 83, 712–719.

[19] B.B. Mandal, S.C. Kundu,” Non-Bioengineered Silk Gland Fibroin Protein: Characterization and Evaluation of Matrices for Potential Tissue Engineering Applications”, Biotechnology and Bioengineering (2008), 6, 1237–1250.

[20] I.C. Um, H.Y. Kweon, Y. H. Park, S. Hudson,” Structural characteristics and properties of the regenerated silk fibroin prepared from formic acid”, International Journal of Biological Macromolecules(2001), 29, 91–97.

[21] J. Ayutsedea, M. Gandhib, S. Sukigarac, M. Micklusa, H. Chend, F. Ko,” Regeneration of Bombyx mori silk by electrospinning Part 3: characterization of electrospun nonwoven mat”, Polymer (2005), 46, 1625–1634.

[22] Z. H. Zhu, K. Ohgo, T. Asakura, “Preparation and characterization of regenerated Bombyx mori silk fibroin fiber with high strength”, Express Polymer Letters (2008), 12, 885–889.

[23] Y. Iridag, M.t Kazanci,” Preparation and Characterization of Bombyx mori Silk Fibroin and Wool Keratin”, Journal of Applied Polymer Science (2006), 5, 4260–4264.