Silk dalam Rekayasa
Jaringan
SUMBER : FISCHER
Introduction
 Diketahui oleh Cino kuno sejak 300 SM : Bombyx mori – untuk tekstil
 Sumber utama : ulat sutra dan laba-laba
 Kelenjar ampull laba-laba : ~ 137 m fiber ; kepompong ulat sutra : 600-900 m fiber
 Silk fiber terdiri dari : 2 filament protein fibroin dan lapisan protein serisi (“lem” antara filament)
 Struktur Primer
◦ 1. Semua fibroin : urutan peptida yang berulang
◦ 2. Mengandung asam amino tak bermuatan : glisin, alanine, dll
◦ 3. Blok berulang hidrofob yang diselingi banyak blok berulang hidrofilik
 Struktur 3D : hidrofob – hidrofob yang kaya akan β-sheet sebagai
Penunjang sifat mekanik proteinnya
 Silk laba-laba : lebih dari 1 jenis spidroin dengan ciri-ciri 90% protein
berulang dan termini protein
 Silk B. mori : 1 jenis fibroin saja yang terdapat rantai berat dan ringan
Yang diikat oleh ikatan disulfide tunggal
 Sifat mekanik
1. Dari struktur 3D-nya
2. Kemampuan protein untuk dipadatkan pada struktur β menjadikannya ringan, kuat, dan
tangguh
3. Silk ulat : lipatan protein ( membuatnya elastis dan kuat) ; silk laba-laba : lipatan protein dan
formasi torsional
4. Silk serangga lainnya lebih lemah dari silk laba-laba
 Biocompability
1. Silk : sudah jadi bahan benang jahit selama beradab-abad
2. Silk film (dengan kehadiran RGD): promote adhesifitas dan proliferasi fibroblast daripada
film kolagen dalam hal sitokompabilitas
3. Laporan:
1. Silk fiber dragline (laba-laba) : sel schwann primer manusia melekat disepanjangnya
2. Silk fiber dragline dan kantung telur (laba-laba) : mendukung adhesifitas dan pertumbuhan kondrosit primer
selama 3 pekan
3. Silk laba-laba : tingkat toleransi sebaik kolagen (pada subkutan babi) tetapi masih endotoksik pada subkutan tikus
 Biodegrability
1. Kembali lagi dengan konten β-sheet-nya
2. In vitro : amorf protein rentan terhadap chymotrypsin ; protease dapat mencerna kristal βsheet ; serine protease dapat menghidrolisis ikatan peptida yang dekat denga gugus
karboksil ; elastin yang mempunyai spesifitas enzimatis tinggi karena kesamaanya dalam
pengulangan GAS dengan protein silk
3. In vivo : degradasinya bergantung pada morfologi biomatrialnya
4. Laporan:
1. Jahitan : selama 6 pekan menurun menjadi 55% untuk kekuatan dan 16% untuk elastisitas
2. Scaffold 3D pad model cacat kantong tikus : masih ada setelah 4 pekan
3. Scaffold aqueous based : terdegradasi setelah 2-6 bulan pasca implantasi
Silk Based Biomaterials
 akan bergantung kepada interaksi antara biomaterialnya, selnya, dan isyarat biologisnya (growth
factor)
Biomaterial : material nonviable yang digunakan untuk perangkat medis yang dimaksudkan untuk
berinteraksi dengan sistem biologis
 fibroin ulat sutra : kepompongnya direbus dalam air + Na𝐶𝑂3 (menghilangkan serisin) . Lalu,
dilarutkan oleh LiBr dan dialisis dengan air. keringkan dan bersisa protein fibroinnya.
 kristalinitas dan konten β-sheet : mempengaruhi aplikasinya
1. Native Silk
Pengumpulan langsung dari web laba-laba atau kantung telurnya atau kepompong ulat sutra
Silk ulat sutra : lebih berlimpah dan pemrosesannya lebih mudah
Silk laba-laba : hanya dengan isolasi mekanik dapat langsung digunakan , tetapi ketersediannya
terbatas. Solusi : transgenik bakteri, hewan, dan tumbuhan
2. Genetically Engineered Silk
Teknik DNA rekombinan untuk spider silk
Sistem ekspresi dari tanaman dan hewan lain untuk
spider silk rendah
Perlu dilakukan permurnian lagi dan hal tersebut
dapat membuat protein terdegradasi. Solusi :
resolubilization : resikonya hilangnya aplikasi yang
bersifat fisiologis
Sistem rekombinan Chimeric
1.
Untuk menggabungkan sifat mekanik silk dengan
fitur makromolekul biologis lainnya
2.
Memasukkan domain RGD : mendukung adhesifitas
hMSC dan diferensiasi osteogenic
Polimer protein (bioteknologi) seperti elastin silk
1.
blok berulang (GAGAGS) dan elastin-like (GVGVP)
2.
Menargetkan konstruksi chimeric untuk aplikasi
drug delivery, teknik jaringan, dan biosensor
3. Chemically Modified Silk
Pengaturan sifat silk : dengan teknik biologi molekuler
 umumnya, meningkatkan interaksi material dengan sel (penambahan RGD)
Konugasi silk menjadi poly(d-l-lactid acid) oleh crosslinker carbodiimide : promote adhesifitas dan
proliferasi osteoblast
Kopling silk dengan diazonium : mengubah hidrofobilitas dan hidrofilitas protein serta promote adhesifitas
dan proliferasi hMSC
Pengikatan secara kovalen laktosa dengan silk oleh klorida sianurat : meningkatkan kepatuhan hepatosit ke
permukaan, tetapi tak mendorong penyebaran sel
Penggabungan peptide RGD melalui kopling carbodiimide : peningkatann kepatuhan dan diferensiasi sel
Biomaterial laktosa-silk : fibroblast lebih melekat dibandingkan pada myofobroblast (cocok untuk aplikasi
wound healing)
4. Silk Blend
silk-keratin pada model cacat muscola-facial didning abdomen marmot : memepertahankan deposisi ECM
baru, vaskularisasi seragam, dan infiltrasi sel
Sacffold hialuron-silk fibroin : peningkata pertumbuhan seluler
Target Tissue Engineering Applications
1. Bone
produknya berupa scaffold 3D berpori
 aqueous processes atau HFIP (salt leaching, gas foaming, and freeze drying)
aqueous processes : produknya lebih mudah terdegradasi
Scaffold terdegradasi cepat : mendukung tingkat konsumsi glukosa yang lebih tinggi ; serta
sintesis laktat oleh sel-sel yang terdiferensiasi
pada cacat di femoral, silk scaffold : dapat diimpregnasi oleh BMP-2
2. Cartilage
Stem cell dikultur pada silk scaffold (di dalamnya sudah ada hMSC yang dikontrol) : 3 pekan
terbentuk morfologi bola ; distribusi kolagen tipe II menyerupai aslinya ; terkadang ditambahkan
dekasmetason dan TGF
Stem cell dikuktur pada silk scaffold water based
pertumbuhan lebih lambat daripada poin sebelumnya
(di dalamnya sudah ada hCHs) :
3. Tendon/Ligamen
Umum pada pengobatan olahraga
Dibuat model tali-kawat (menyamai arsitektur ACL) : jahitan silk yang dimodifikasi RGD dikultur
denga tenosit manusia  adhesi sel dalam 3 hari dan 6 pekan jika tak ada modifikasi
4. Skin/Wound Healing
Silk scaffold secara perlahan melepas EGF dan mempercepat 90% dibandingkan tanpa
perawatan wound healing ini.
Judawisastra, Hermawan. Wibowo, Untung Arie. 2015. Sutera Laba-laba dan Ulat Sutera sebagai
Material Scaffold untuk Aplikasi Rekayasa Jaringan Kulit. Prosiding Seminar Nasional Material
dan Metalurgi (SENAMM VIII).
 fibroblast dapat menempel setelah 24 jam, hidup, dan berdiferensiasi
◦ (gambar kiri)
 5 hari : sel-sel fibroblast sudah kondisi
konfluen (gambar kanan)
5. Cornea
sekarang : transplantasi kornea : 4-5 tahun, mulai terjadi penolakan secara imun
Silk film berpori (2 μm) :meniru dimensi lamella kolagen kornea ; pori-pori tersebut berguna
untuk difusi nutrisi translamelar
6. Peripheral Nerves
Sekarang : autograft : ketersediaan kurang ; allograft : penolakan oleh imun
Penilitian pada embrio ayam  silk fibroin duct : membantu pertumbuhan orientasi akson,
meningkatkan panjang dan laju pertumbuhan akson yang parallel dan selaras.