Les scientifiques ont réussi à reproduire la structure moléculaire complexe de la soie d'araignée, en la filant à l'aide de glandes artificielles, 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 possibilité de produire ce matériau hautement adaptable et recherché avec un large éventail d’utilisations réelles.
Des chercheurs du Centre RIKEN pour la science des ressources durables et du RIKEN Cluster for Pioneering Research ont réalisé cet exploit en utilisant une nouvelle méthode, en construisant une glande à soie artificielle conçue pour refléter les changements physiques et chimiques se produisant dans le corps de l'araignée.
Ce n'est pas facile, ce qui rend la soie d'araignée artificielle extrêmement difficile en raison de la difficulté de reproduire ces processus biologiques complexes. Les fibres biopolymères sont composées de grosses protéines avec des séquences très répétitives appelées soie d'araignée. Les feuilles bêta sont des sous-structures moléculaires des fibres de soie d'araignée qui doivent être soigneusement disposées pour donner à la soie ses propriétés impressionnantes.
Au-delà de cela, les glandes artificielles nécessiteront des mécanismes microfluidiques précis qui permettront aux protéines de s’auto-assembler en fibres filamenteuses qui non seulement ressemblent aux vraies, mais se comportent également comme les vraies.
"Dans cette étude, nous avons essayé d'utiliser la technologie microfluidique pour simuler le processus de production de soie d'araignée naturelle, qui implique l'écoulement et la manipulation de petites quantités de fluide dans des canaux étroits", a déclaré Keiji Numata, qui a dirigé la recherche au RIKEN. "En fait, on pourrait dire que la glande à soie de l'araignée est un dispositif microfluidique naturel."
La glande artificielle, qui ressemble à une boîte rectangulaire sans prétention avec des canaux encastrés sur toute sa longueur, est le résultat d'essais et d'erreurs visant à créer l'environnement approprié pour qu'un processus complexe fonctionne comme il le fait dans la nature. Une erreur a été d’utiliser la force pour pousser la protéine à travers le système microfluidique ; il fallait une pression négative pour aspirer la solution de moelle épinière à travers l’appareil.
Une fois cet obstacle surmonté, l’équipe a pu créer des fibres à filament continu avec des feuilles bêta alignées, conférant au matériau des propriétés proches de celles de la nature.
"Il est surprenant de voir à quel point le système microfluidique peut être puissant une fois que différentes conditions sont établies et optimisées", a déclaré le scientifique principal Ali Malay, co-auteur de l'étude. "L'assemblage des fibres était spontané, extrêmement rapide et hautement reproductible. Ce qui est important, c'est que les fibres présentaient une structure en couches distincte que l'on retrouve dans les fibres de soie naturelle."
La « haute reproductibilité » est un attribut clé ; une réplication réussie pose des problèmes d’évolutivité et l’élevage d’araignées est presque impossible pour des raisons logistiques et biologiques. Une production efficace et peu coûteuse de soie pourrait révolutionner l’industrie textile dommageable pour l’environnement, et sa biocompatibilité en fait un candidat idéal pour diverses utilisations médicales, notamment les sutures, les ligaments artificiels et les chirurgies du tissu conjonctif.
"Idéalement, nous voulons avoir un impact réel", a déclaré Numata. "Pour ce faire, nous devons étendre la méthode de production de fibres et en faire un processus continu. Nous utiliserons également plusieurs mesures pour évaluer la qualité de la soie d'araignée artificielle et apporter d'autres améliorations sur cette base."
La recherche a été publiée dans la revue Nature Communications.