Enzymatic degradation kinetics of straining flow spun silk fibroin fibers

Silk fibroin is a biodegradable and biocompatible material that has gained increasing popularity in the research field in recent years due to its excellent mechanical properties associated with high deformability. This also means that if the properties of the original silk can be replicated through the spinning processes of the regenerated fibroin solution, an extremely mechanically performing, versatile and biocompatible material can be obtained that has been shown to be a good substrate for the growth of various cell lines. As part of this research, we want to test and identify a model of fibroin fiber degradation recreated through the use of a novel technique called Straining Flow Spinning. Through correlation between the concentration of the enzyme used, in this case Proteinase K, since it is the most aggressive enzyme against the amino acid chains of fibroin, it will be possible to choose the optimal incubation time and the concentration of the solution itself to achieve the desired level of fiber degradation. Mechanical tests are performed in air to assess the good characteristics of the fiber batch and in water to replicate the same hydrophilic environment of the biological organisms. From the mechanical behavior, considerations are drawn regarding the possibility of using fibroin in the creation of tubular guides for the regeneration of peripheral vasculature. Macroscopic analysis of degradation is performed using mass loss as an indicator. The structure of fibers remaining after degradation is analyzed using the FTIR analysis technique. This study draws an indicative first line on the feasibility of creating tubular guides based on silk fibroin fibers regenerated by the SFS technique for the regeneration of peripheral vasculature. Degradation analysis will investigate the possibility that, by localizing enzymatic delivery, it may be possible to create a hole on the surface of these guides and then join them to others, thus recreating branched guides that better reflect the complexity of the native system.

La fibroina della seta è un materiale biodegradabile e biocompatibile che negli ultimi anni ha guadagnato sempre più popolarità nel campo della ricerca grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche associate a una grande deformabilità. Ciò significa anche che, se le proprietà della seta originale possono essere replicate attraverso i processi di filatura della soluzione di fibroina rigenerata, si può ottenere un materiale estremamente performante meccanicamente, versatile e biocompatibile che ha dimostrato di essere un buon substrato per la crescita di diverse linee cellulari. Nell'ambito di questa ricerca, vogliamo testare e identificare un modello di degradazione delle fibre di fibroina ricreato attraverso l'uso di una tecnica innovativa chiamata Straining Flow Spinning. Attraverso la correlazione tra la concentrazione dell'enzima utilizzato, in questo caso la Proteinasi K, poiché è l'enzima più aggressivo nei confronti delle catene aminoacidiche della fibroina, sarà possibile scegliere il tempo di incubazione ottimale e la concentrazione della soluzione stessa per ottenere il livello desiderato di degradazione delle fibre. Test meccanici sono eseguiti in aria per valutare le buone caratteristiche del lotto di fibre e in acqua per replicare lo stesso ambiente idrofilo degli organismi biologici. Dal comportamento meccanico sono tratte considerazioni riguardanti la possibilità di utilizzare la fibroina nella creazione di guide tubulari per la rigenerazione della vascolatura periferica. L'analisi macroscopica della degradazione è effettuata utilizzando la perdita di massa come indicatore. La struttura delle fibre rimanenti dopo la degradazione è analizzata con la tecnica di analisi FTIR. Questo studio traccia una prima linea indicativa sulla fattibilità della creazione di guide tubolari basate su fibre di fibroina di seta rigenerate con la tecnica SFS per la rigenerazione della vascolarizzazione periferica. L'analisi della degradazione indagherà sulla possibilità che, localizzando la consegna enzimatica, sia possibile creare un foro sulla superficie di queste guide e poi unirle ad altre, ricreando così guide ramificate che riflettono meglio la complessità del sistema nativo.