Déverrouiller la soie d'araignée pour transformer la protéine liquide en fibres solides

Les mécanismes derrière des fils biologiques de qualité acier

La soie d'araignée atteint une résistance à la traction allant jusqu'à 1,5 milliard de pascals (GPa), ce qui lui confère une résilience comparable à celle de l'acier de haute qualité, selon un reportage d'Interesting Engineering. Les araignées utilisent ces biomatériaux polyvalents pour différentes tâches spécialisées, de la tissage des toiles orbiculaires et des fils de sécurité à la capture des proies et à la protection des œufs. La combinaison d'une forte élasticité, d'une ténacité extrême, d'une légèreté et d'une biodégradabilité naturelle a fait de ce matériau une cible attrayante pour l'innovation industrielle, suscitant un vif intérêt de la part de toutes les start-up biotech axées sur les textiles durables et les applications de cicatrisation.

« Les chercheurs ont produit beaucoup de soupe de protéines, comme le fait une araignée, mais contrairement aux araignées, ils n'ont pas pu filer cette protéine en fils solides à une échelle pertinente pour le public. »

— Sarah Stellwagen, professeure assistante à l'UNC Charlotte

« Le prix nous donne l'opportunité de passer à l'étape suivante : faire plus d'essais, améliorer le procédé de fabrication et produire suffisamment de matière pour tester le fil et les textiles. »

— Anna Rising, professeure à l'Université suédoise des sciences agricoles

Surmonter le goulot d'étranglement du filage en laboratoire

L'élevage d'arachnides à l'échelle commerciale est irréalisable car les araignées produisent peu de soie par animal et font preuve de comportement cannibale lorsqu'elles sont entassées. Par conséquent, les chercheurs doivent synthétiser les protéines de soie dans des systèmes de culture, mais convertir ce fluide en un brin durable pose de sérieux obstacles d'ingénierie. Comme l'a expliqué Sarah Stellwagen, professeure assistante au département des sciences biologiques de l'Université de Caroline du Nord à Charlotte, à Interesting Engineering, les laboratoires ont eu du mal à reproduire l'assemblage naturel. Une araignée extrait la protéine liquide d'une glande interne à travers un conduit microscopique, modifiant l'environnement chimique local pour compacter les molécules en structures cristallines denses appelées feuillets bêta. Le polymère aligné sort des filières de l'araignée sous forme de fil solide continu.

Des essais à grande échelle pour le fil et les dispositifs biomédicaux

Des recherches antérieures menées par des chercheurs du King's College London et de la San Diego State University ont identifié les « autocollants » moléculaires responsables de rendre les fibres de soie plus résistantes que l'acier et plus tenaces que le Kevlar. S'appuyant sur ces découvertes structurelles, les chercheurs Anna Rising et Benjamin Schmuck de l'Université suédoise des sciences agricoles ont démontré que les protéines de soie peuvent être produites en plus grands volumes et à moindre coût. Soutenue par une subvention de 200 000 EUR de la Fondation H&M, l'équipe suédoise prépare des lots plus importants pour évaluer la performance du fil dans des tissus commerciaux. Le groupe teste également les biopolymères obtenus en vue de les développer en un dispositif médical avancé, rapprochant cette invention issue de l'ingénierie de laboratoire de l'échelle de production et de possibles dépôts de brevets.

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