Onderzoekers van de Universiteit van Basel zijn erin geslaagd moleculaire fabrieken te ontwikkelen die de natuur nabootsen. Om dit te bereiken, laadden ze kunstmatige organellen in natuurlijke blaren (blaasjes) van micrometers die door cellen worden geproduceerd. Deze moleculaire fabrieken blijven intact, zelfs na injectie in een diermodel en vertonen geen toxiciteit, zoals het team rapporteert in het wetenschappelijke tijdschrift Geavanceerde wetenschap .

Binnen de cellen, de eigenlijke biologische fabrieken, de moleculen van het leven zijn geassembleerd. De assemblagelijnen van cellen zijn kleine compartimenten die organellen worden genoemd, waar een grote verscheidenheid aan chemische reacties binnen of tussen hen plaatsvindt. Voor medische toepassingen, moleculaire fabrieken die als kunstmatige cellen fungeren, zouden idealiter worden gebruikt - om ontbrekende of vereiste moleculen of medicijnen te produceren.

Zacht, synthetische capsules

Samenwerking tussen de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Basel, het Zwitserse Nanoscience Institute, en de NCCR Molecular Systems Engineering maakten de succesvolle ontwikkeling van dergelijke moleculaire fabrieken mogelijk. Eerst, onderzoekers onder leiding van professor Cornelia Palivan en professor Wolfgang Meier ontwierpen kunstmatige organellen, dat zijn afzonderlijke compartimenten van cellen. Ze laadden deze zachte, synthetische capsules met enzymen en voorzagen ze van membraaneiwitten die als "poorten" werken. Door deze poorten kunnen moleculen die betrokken zijn bij de enzymatische reactie de capsule binnenkomen en verlaten.

Vervolgens, de natuurlijke cellen werden gevoed met deze kunstmatige organellen. Na stimulatie, de cellen produceerden natuurlijke blaasjes ter grootte van een micrometer. Deze hebben een natuurlijk celmembraan en cytoplasma, omsluiten de kunstmatige organellen en kunnen daardoor functioneren als een moleculaire fabriek.

Zebravisembryo's als diermodel

De moleculaire fabrieken werden in zebravisembryo's geïnjecteerd door onderzoekers van de groep onder leiding van professor Jörg Huwyler (Pharmazentrum van de Universiteit van Basel). In dit diermodel ze produceerden de gewenste verbinding, die werd gekatalyseerd door het enzym in het kunstmatige organel. De levensvatbaarheid van het dier werd niet aangetast door de injectie.

"Deze combinatie van natuurlijke blaasjes en kleine synthetische organellen maakt de moleculaire fabriek:reacties die binnenin plaatsvinden, produceren een eindproduct, zoals ook gebeurt in cellen, " leg Dr. Tomaz Einfalt en Dr. Martina Garni uit, eerste auteurs van het artikel.

Binnen de moleculaire fabrieken, meerdere componenten kunnen worden gemaakt en geassembleerd tot het eindproduct. De biosynthetische blaasjes kunnen ook componenten van de ene cel naar de andere overbrengen. Verschillende moleculaire fabrieken kunnen worden gecombineerd, zodat complexe structuren met een hoge functionaliteit kunnen worden gecreëerd - de eerste stap naar het produceren van kunstmatige cellen in het laboratorium of in levende organismen.