Voor de eerste keer, een interdisciplinair team van de Universiteit van Basel is erin geslaagd kunstmatige organellen te integreren in de cellen van levende zebravisembryo's. Deze innovatieve benadering waarbij kunstmatige organellen als cellulaire implantaten worden gebruikt, biedt nieuwe mogelijkheden bij de behandeling van een reeks ziekten, zoals de auteurs rapporteren in een artikel gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

In de cellen van hogere organismen, organellen zoals de kern of mitochondriën voeren een reeks complexe functies uit die nodig zijn voor het leven. In de netwerken van het Zwitserse Nanoscience Institute en de NCCR "Molecular Systems Engineering", de groep onder leiding van professor Cornelia Palivan van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Basel werkt aan de productie van dit soort organellen in het laboratorium, om ze in cellen te introduceren, en om hun activiteit te beheersen als reactie op de aanwezigheid van externe factoren (bijv. verandering in pH-waarden of reducerende omstandigheden).

Deze cellulaire implantaten kunnen, bijvoorbeeld, enzymen dragen die in staat zijn een farmaceutisch ingrediënt om te zetten in de werkzame stof en deze onder bepaalde voorwaarden "op verzoek" af te geven. Het op deze manier toedienen van medicijnen kan zowel de gebruikte hoeveelheden als de bijwerkingen aanzienlijk verminderen. Het zou het mogelijk maken alleen behandeling te geven wanneer dit nodig is door veranderingen die verband houden met pathologische aandoeningen (bijv. een tumor).

Kleine capsules met een enzymatische lading

De kunstmatige organellen zijn gebaseerd op minuscule capsules die zich spontaan vormen in oplossing uit polymeren en die verschillende macromoleculen zoals enzymen kunnen omsluiten. De hier gepresenteerde kunstmatige organellen bevatten een peroxidase-enzym dat pas begint te werken wanneer specifieke moleculen de wand van de capsules binnendringen en de enzymatische reactie ondersteunen.

Om de doorgang van stoffen te beheersen, de onderzoekers verwerkten chemisch gemodificeerde natuurlijke membraaneiwitten in de wand van de capsules. Deze fungeren als poorten die openen volgens de glutathionconcentratie in de cel.

Bij een lage glutathionwaarde, de porie van de membraaneiwitten zijn "gesloten" - dat wil zeggen, geen stoffen kunnen passeren. Als de glutathionconcentratie boven een bepaalde drempel komt, de eiwitpoort gaat open en stoffen van buitenaf kunnen door de porie in de holte van het kapsel terechtkomen. Daar, ze worden omgezet door het enzym binnenin en het product van de reactie kan de capsule door de open poort verlaten.

Ook effectief in levende organismen

In samenwerking met de groep onder leiding van professor Jörg Huwyler van de afdeling Farmaceutische Wetenschappen van de Universiteit van Basel, de kunstmatige organellen zijn ook in vivo bestudeerd. "We zijn nu voor het eerst in staat om deze controleerbare kunstmatige organellen te integreren in de cellen van een levend organisme, ' zegt Cornelia Palivan.

De onderzoekers kozen voor zebravisembryo's omdat hun transparante lichamen de celimplantaten uitstekend kunnen volgen onder een microscoop wanneer ze zijn gemarkeerd met een fluorescerende kleurstof.

Nadat de kunstmatige organellen waren geïnjecteerd, ze werden "opgegeten" door macrofagen en vonden daarom hun weg naar het organisme. De onderzoekers konden vervolgens aantonen dat het peroxidase-enzym dat in het kunstmatige organel zat, werd geactiveerd toen waterstofperoxide geproduceerd door de macrofagen door de eiwitpoorten binnenkwam.

"In dit onderzoek, toonden we aan dat de kunstmatige organellen, die geïnspireerd zijn door de natuur, blijven werken zoals bedoeld in het levende organisme, en dat de eiwitpoort die we hebben ingebouwd niet alleen werkt in celculturen maar ook in vivo, " zegt Toma Einfalt, de eerste auteur van het artikel en afgestudeerd aan de PhD School van het Zwitserse Nanoscience Institute. Het idee om kunstmatige organellen te gebruiken als celimplantaten met het potentieel om actieve farmaceutische verbindingen te produceren, bijvoorbeeld, opent nieuwe perspectieven voor patiëntgerichte eiwittherapie.