Protein tơ nhện là gì? Nguồn gốc của protein tơ nhện

Tơ nhện từ lâu đã được biết đến là loại nguyên liệu cực kỳ bền và nhẹ, mỏng hơn sợi tóc người nhưng có độ bền tính theo trọng lượng gấp 5 lần so với thép. Nguyên nhân là do cấu trúc phức tạp bao gồm các chuỗi axit amin dài liên kết với nhau tạo thành các sợi protein. Các sợi protein này sau đó được sắp xếp và liên kết lại với nhau để tạo thành mạng lưới tơ nhện. Cấu trúc này mang lại cho tơ nhện độ bền, độ đàn hồi và khả năng chống chịu cao.

Trong tự nhiên, nhện sản xuất protein tơ nhện trong các tuyến tơ của mình. Protein tơ nhện sau đó được kéo thành sợi và sử dụng để xây tổ, bẫy mồi và di chuyển. 

Tuy nhiên, việc thu thập tơ nhện tự nhiên không khả thi vì nhện có tập tính lãnh thổ cao và rất hung dữ. Đây chính là vấn đề mà Giáo sư Sang Yup Lee tại Viện Khoa học và Công nghệ Tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) ở Daejeon, Hàn Quốc, cùng các cộng sự của ông – Giáo sư Young Hwan Park tại Đại học Quốc gia Seoul và Giáo sư David Kaplan tại Đại học Tufts – đã tìm cách giải quyết. Phương pháp của họ mô phỏng quá trình sản xuất tơ tự nhiên của nhện: đầu tiên là tái tổ hợp protein, sau đó kéo sợi từ các protein hòa tan thành sợi không tan trong nước.

Quy trình chế tạo protein tơ nhện bằng công nghệ vi sinh

Nhằm tổng hợp protein tơ nhện có khối lượng phân tử lớn, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Lee đã tái tạo gen tơ nhện từ các oligonucleotide tổng hợp hóa học, sau đó chèn vào vi khuẩn Escherichia coli (E. coli) – một vi khuẩn an toàn thường có trong đường ruột con người.

Ban đầu, E. coli gặp khó khăn trong việc sản xuất protein này do kích thước lớn, cấu trúc lặp đi lặp lại và hàm lượng cao của axit amin glycine. Để khắc phục, nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật chuyển hóa hệ thống (systems metabolic engineering), tăng cường lượng glycyl-tRNA – thành phần quan trọng trong tổng hợp protein. Nhờ đó, họ đã thành công trong việc tạo ra protein tơ nhện tái tổ hợp có khối lượng lên đến 285 kilodalton – lớn nhất từng được sản xuất trong E. coli.

Nghiên cứu sản xuất protein tơ nhện từ việc nuôi cấy vi khuẩn E.coli

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu nuôi cấy E. coli với mật độ cao để sản xuất hàng loạt protein tơ nhện. Protein sau đó được tinh chế và kéo thành sợi tơ. Các thử nghiệm cơ học cho thấy sợi tơ nhện nhân tạo đạt độ bền kéo 508 MPa, độ giãn dài 15% và mô đun đàn hồi Young 21 GPa – tương đương với tơ nhện tự nhiên.

Nhờ công nghệ này, protein tơ nhện có thể được sản xuất trên quy mô lớn, ứng dụng rộng rãi trong ngành chăm sóc da và tóc.

Ứng dụng protein tơ nhện vào mỹ phẩm chăm sóc da và tóc

Nhờ vào đặc tính bền chắc, đàn hồi và tương thích sinh học cao, protein tơ nhện được ứng dụng rộng rãi trong y sinh học và công nghệ vật liệu như:

- Chỉ khâu phẫu thuật sinh học: Nhờ khả năng phân hủy sinh học và không gây phản ứng miễn dịch, sợi tơ nhện nhân tạo có thể được sử dụng làm chỉ khâu trong phẫu thuật, giúp vết thương lành nhanh hơn mà không cần tháo chỉ.

- Màng sinh học tái tạo mô: Protein tơ nhện có thể tạo thành màng sinh học có khả năng hỗ trợ tái tạo da, được ứng dụng trong điều trị vết bỏng, vết thương hở hoặc làm giàn giáo sinh học (scaffold) trong kỹ thuật nuôi cấy tế bào.

- Vật liệu y sinh cấy ghép: Nhờ độ bền cơ học cao và tương thích sinh học tốt, protein tơ nhện đang được nghiên cứu để sản xuất dây chằng nhân tạo, mô sụn hoặc các vật liệu cấy ghép trong cơ thể mà không gây đào thải.

- Ứng dụng trong công nghệ sinh học nano: Tơ nhện có thể làm giá đỡ cho các hạt nano dùng trong vận chuyển thuốc, giúp đưa dược chất đến đúng vị trí cần điều trị trong cơ thể một cách hiệu quả hơn.

Bên cạnh các ứng dụng trong y khoa, các giáo sư hàng đầu tại viện KAIST là Giáo sư Ryu Hee Joong, Giáo sư Yoo Won Min và Giáo sư Chung Hannah đã tiên phong nghiên cứu, phát triển và ứng dụng thành công protein tơ nhện vào ngành mỹ phẩm sinh học, trở thành thành phần cốt lõi trong các dòng sản phẩm chăm sóc da và tóc cao cấp của Dr.Graft với nhiều công năng ưu việt.

Các giáo sư hàng đầu viện KAIST đã nghiên cứu và ứng dụng thành công protein tơ nhện vào mỹ phẩm chăm sóc da và tóc

Ứng dụng protein tơ nhện trong các sản phẩm chăm sóc da:

- Cung cấp 17 loại axit amin thiết yếu: Giúp phục hồi và tái tạo da, kích thích sản sinh Collagen và Hyaluronic Acid, từ đó làm da săn chắc, mịn màng và đàn hồi.

- Bảo vệ da khỏi tác hại môi trường: Tạo lớp màng chắn bảo vệ da khỏi tác nhân gây hại như tia UV, bụi bẩn, ô nhiễm, giúp da khỏe mạnh và rạng rỡ.

Ứng dụng protein tơ nhện trong các sản phẩm chăm sóc tóc:

- Dưỡng ẩm cho da đầu, tạo môi trường thuận lợi nhất để nuôi dưỡng da đầu và tóc, từ đó hạn chế tình trạng gãy rụng tóc.

- Cung cấp lại 17 loại axit amin là những axit amin của protein tóc mà chúng ta thường mất đi do tác động của các yếu tố làm tổn thương da đầu như nhiệt độ, tác động của tia UV, ảnh hưởng từ môi trường xung quanh. 

-  Giảm viêm, hỗ trợ phục hồi các vết thương trên da đầu như vết trầy xước hoặc phục hồi sau cấy tóc.

Các sản phẩm có chứa protein tơ nhện của Dr Graft như: Serum siêu cấp ẩm Spiderma Ampoule - chứa đến 0,0025% hàm lượng protein tơ nhện, giúp khóa chặt dưỡng chất trên da mà không cần khóa ấm, đơn giản hóa quá trình chăm sóc da mà vẫn mang lại hiệu quả vượt trội; các sản phẩm chăm sóc tóc như Serum kích mọc tóc Spiderma Spicule, dầu gội 3 trong 1 Aranea Urban, bộ dầu gội và mặt nạ dưỡng tóc Aranea - giúp dưỡng ẩm cho da đầu, bảo vệ da đầu khỏi các tác nhân ô nhiễm từ môi trường bên ngoài, phục hồi các vết thương trầy xước cũng như phục hồi sau cấy tóc.

Với những đặc tính vượt trội, protein tơ nhện không chỉ là một bước đột phá trong công nghệ sinh học mà còn trở thành "nguyên liệu vàng" trong ngành chăm sóc sắc đẹp. Từ khả năng dưỡng ẩm, phục hồi, bảo vệ da đến nuôi dưỡng tóc chắc khỏe, thành phần này đang mở ra một kỷ nguyên mới cho các sản phẩm chăm sóc da và tóc cao cấp. 

Nếu bạn đang tìm kiếm các sản phẩm chăm sóc da và tóc an toàn, đảm bảo mang đến hiệu quả như mong đợi, tham khảo ngay các sản phẩm với thành phần protein tơ nhện từ Dr.Graft tại đây.