Een combinatie van natuurlijke microtubuli en synthetische macrocyclische receptoren zorgt voor lichtgecontroleerde, omkeerbare aggregatie van de microtubuli tot grotere nanostructuren. Zoals Chinese wetenschappers hebben gerapporteerd in het tijdschrift Angewandte Chemie , wanneer in een cellulaire omgeving deze geaggregeerde microtubuli ook de celmorfologie kunnen veranderen, celdood veroorzaken. De onderzoekers hopen meer te weten te komen over ziekten die worden veroorzaakt door een onjuiste aggregatie van eiwitten.

In de natuur, de aggregatie van moleculen tot superstructuren speelt een belangrijke rol. Dynamische microtubuli zijn eiwitfilamenten die samen met andere componenten de cytoskeletten van onze cellen vormen. Tijdens de celcyclus, microtubuli worden constant geassembleerd en gedemonteerd. Wetenschappers van de Nankai University en het Collaborative Innovation Centre of Chemical Science and Engineering (Tianjin, China) bedacht het idee om microtubuli te combineren tot grotere supramoleculaire aggregaten met behulp van synthetische 'receptoren'. Op deze manier hoopten ze innovatieve biomaterialen te produceren en nieuwe kennis op te doen over biologische aggregatieprocessen.

Om de synthetische receptoren aan de microtubuli te hechten, het team dat met Yu Liu werkte, koos voor een kankermedicijn genaamd paclitaxel. Dit molecuul bindt aan microtubuli en blokkeert de deconstructie van het cytoskelet, celdeling stoppen en celdood veroorzaken. Als receptor, de onderzoekers kozen een groot komvormig molecuul uit de cyclodextrinefamilie. Deze macrocyclische moleculen kunnen andere moleculen als "gasten" in hun grote holtes opnemen. In dit geval is de gast een arylazopyrazol (AAP), een molecuul met twee aromatische ringen overbrugd door een stikstof-stikstof dubbele binding. Het molecuul kan twee vormen aannemen:een gebogen cis-vorm en een rechte trans-vorm. Alleen de rechte versie past in de "beker" van cyclodextrine. De slimme truc hier is dat, door licht van twee verschillende golflengten te gebruiken, de AAP kan naar believen heen en weer worden geschakeld tussen zijn twee vormen.

De onderzoekers gebruikten paclitaxel als connector om "cups" en hun "gasten" aan microtubuli te bevestigen. Bestraling met zichtbaar en UV-licht schakelt de microtubuli tussen een geaggregeerde en niet-geaggregeerde vorm, respectievelijk, zoals aangetoond door spectroscopisch en microscopisch onderzoek. De aggregaten nemen een breed scala aan morfologische variaties aan, variërend van nanovezels tot nanolinten en nanodeeltjes van verschillende groottes.

Het is bijzonder interessant dat de aggregatie van de microtubuli ook in cellen kan worden geactiveerd. Dit zorgt ervoor dat de cellen krimpen en afsterven, wat aantoont dat het cytotoxische effect van paclitaxel aanzienlijk kan worden verhoogd.

De onderzoekers hopen dat hun aanpak ons ​​begrip zal vergroten van de processen die betrokken zijn bij fysiologische en pathologische eiwit-nanoassemblage, en zou nieuwe perspectieven kunnen creëren bij de behandeling van ziekten die worden veroorzaakt door de onjuiste aggregatie van eiwitten.