Bagaimana para ilmuwan tahu bahwa teknik sutra dapat menyelamatkan tubuh kita

Tim muda Kim direkayasa secara genetika dengan ulat sutra sehingga mereka menghasilkan sutra bercahaya merah. Ketika para ilmuwan menyinari lampu hijau di sutra merah, itu membunuh patogen.

Kuat, elastis, dan kompatibel dengan tubuh manusia

Sutra telah dihargai selama ribuan tahun, tetapi dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah memperhatikan materi karena sangat luar biasa, membuatnya berguna untuk rompi antipeluru dan pelindung tubuh. Potensi sutra lebih dari sekedar melindungi bagian luar anatomi kita, namun, dan para peneliti sekarang adalah teknik sutra sehingga suatu hari dapat menyembuhkan luka kita, mengangkat tulang kita, dan menjadi bagian dari tubuh kita.

Sutra dibuat oleh ulat sutera untuk kepompong dan laba-laba untuk jaring mereka. Kedua jenis tersebut berputar berbeda dan memiliki beberapa sifat yang berbeda. (Misalnya, sutra yang dibuat oleh cacing cenderung lebih lemah). Namun dalam kedua kasus, bahan ini kuat, elastis, dan aman untuk digunakan di dalam tubuh manusia - yang membukanya untuk berbagai penggunaan medis.

Perkebunan ulat sutera di Indonesia.

Salah satu kemungkinan adalah sutra dapat menyembuhkan luka kita lebih cepat. Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan baru-baru ini di jurnal Advanced Science , para ilmuwan merekayasa ulat sutra untuk memintal bahan yang diaktifkan cahaya yang membasmi kuman. Pertama, para peneliti mengidentifikasi semua protein alami yang dapat diaktifkan oleh jenis cahaya tertentu untuk menciptakan reaksi kimia yang membunuh patogen, menurut Young Kim, seorang ilmuwan material di Purdue University dan rekan penulis makalah ini.

Kemudian, para ilmuwan melakukan rekayasa ulat sutra dengan memasukkan protein ini, yang disebut mKate 2, ke dalam DNA mereka. Ulat sutra ini kemudian menghasilkan sutra merah menyala yang diaktifkan oleh cahaya hijau yang terlihat, seperti lampu LED biasa. Ketika para ilmuwan menaruh beberapa E. coli bakteri pada sutra merah dan bersinar lampu hijau di atasnya selama satu jam, tingkat kelangsungan hidup bakteri turun 45 persen. Proses ini sangat mirip dengan menggunakan hidrogen peroksida untuk mendesinfeksi luka, kata Kim. Sutra fluorescent dan cahaya bersama-sama menghasilkan bahan kimia yang mirip dengan hidrogen peroksida.

Sutra tidak membedakan patogen berbahaya (seperti E. coli ) dari yang jinak, tetapi, seperti Kim tunjukkan, juga tidak hidrogen peroksida. Dan kita belum tahu waktu minimum yang diperlukan cahaya untuk bersinar pada sutera agar efektif. Tetapi penemuan ini sangat menarik, dan bahannya dapat digunakan dalam perangkat yang memurnikan udara dan air dan banyak bidang kesehatan. Dalam makalah lain baru-baru ini, Kim dan timnya menemukan sifat fisik yang tepat yang membuat sutra sangat dingin, yang berguna untuk mengobati peradangan. Temuan ini dapat membantu kita membuat sutra menjadi lebih dingin, atau merekayasa kain lain agar lebih dingin juga. Antara efek pendinginan sendiri dari sutra dan sifat membunuh bakteri ini, itu bisa menjadi bahan yang ideal untuk perban lanjutan.

Sutra dapat digunakan untuk menopang bagian tubuh kita juga. Ketika kita mematahkan atau mematahkan tulang kita, dokter biasanya menanamkan sepotong logam untuk menstabilkan area sampai itu diperbaiki. Sebagian besar waktu, logam-logam ini - seperti baja tahan karat dan titanium - sangat kaku dan dapat menyebabkan lebih banyak patah tulang itu sendiri, menurut Mei Wei, seorang ilmuwan material di Universitas Connecticut. Ketika tulang disembuhkan, dokter harus melakukan operasi lain untuk mengeluarkan logam. Wei dan timnya menciptakan bentuk sutra yang dapat menawarkan solusi yang lebih baik. Kuat tetapi juga melar, dan akan menurun di dalam tubuh setelah sekitar satu tahun, menghilangkan kebutuhan untuk operasi lain. Hasil mereka dipublikasikan bulan ini dalamJournal of Mechanical Behavior of Biomedical Materials.

Tim gabungan protein yang ditemukan dalam sutera laba-laba, yang disebut fibroin, dengan bentuk plastik dan sejenis kalsium yang ditemukan di tulang kita. Hasilnya jauh lebih kuat daripada tulang alami. Bahkan, ia memiliki kekuatan tertinggi yang tercatat untuk bahan yang juga dapat diserap di dalam tubuh, kata Wei. Tim ini masih meningkatkannya dengan harapan bisa menjadi lebih baik dan lebih kuat sebelum melakukan tes pada hewan dan kemudian uji klinis, tambahnya.

Masalah besar dengan sutra adalah harganya mahal. Ulat sutera jarang dan sulit untuk dinaikkan, dan peternakan laba-laba pada umumnya bukanlah ide yang menarik. Tetapi bahan di dalam pohon, yang disebut nanoselulosa berbasis kayu, kuat dan murah. Solusi yang mungkin adalah menggabungkan keduanya menjadi bahan yang murah dan bahkan lebih baik. Nanocellulose juga tahan lama. Setelah semua, “ketika alam membangun pohon, ia harus memberikan struktur mekanik yang baik dan kinerja sehingga pohon itu tidak jatuh,” kata Daniel Söderberg, seorang peneliti di KTH Royal Institute of Technology di Stockholm dan seorang penulis di yang ACS Nano kertas tentang bahan hybrid ini. Tim Soderberg menempatkan keduanya bersama-sama: nanocellulose untuk kekuatan dan sutra bahkan untuk ketangguhan dan peregangan yang lebih tinggi. "Kami menggunakan blok bangunan alam dan menggabungkannya," katanya.

Bahannya setara dengan Kevlar, dan bisa digunakan untuk rompi antipeluru. Tapi suatu hari, itu juga bisa digunakan untuk mengganti bagian tubuh. Bahan ini rusak di alam, tetapi tidak di dalam tubuh kita karena mereka tidak dapat memproses nanocellulose. Tetap aman, dan sel-sel tumbuh di atasnya dan di sekitarnya. Dan kelenturannya membuatnya ideal untuk bagian tubuh tertentu seperti tendon.

Tendon sulit diganti dengan tepat karena kebutuhan mereka untuk meregang. Saat ini, tidak ada cara mudah untuk memperbaikinya, dan penggantian sering berarti mengambil tendon dari bagian tubuh yang lain. Hibrida sutra-nanocellulose memiliki sifat yang diperlukan yang dapat digunakan untuk mengganti tendon, kata Söderberg. Untuk sampai ke sana, ia dan timnya berusaha untuk meningkatkan kekuatan material bahkan lebih dan juga melihat pada proses ekonomi, seperti bagaimana memproduksinya dengan mudah dan murah sehingga kemungkinan sutra-sebagai-a -bagian tubuh dan semua potensi lain dari sutra yang kuat mulai membuahkan hasil.