Onderzoekers van ETH Zürich hebben een molecuul ontwikkeld dat fluoresceert waar nieuw weefsel in het lichaam wordt gevormd. Naast het helpen opsporen van tumoren, het molecuul zou een belangrijke rol kunnen spelen in het onderzoek naar wondgenezingsstoornissen.

Collageen is het meest voorkomende eiwit in het menselijk lichaam. Het vormt een derde van het eiwitgehalte en enkele strengen vormen samen stabiele vezels die structuur geven aan bindweefsel zoals huid, pezen, kraakbeen en botten. Onderzoekers van ETH Zürich hebben nu een molecuul met meerdere componenten ontwikkeld dat interageert met collageen en kan worden gebruikt om nieuwe weefselgroei in het lichaam te verlichten.

Ons lichaam begint meer collageen te produceren naarmate wonden genezen - of als tumoren groeien. Tijdens dit proces, de vezelachtige collageenmoleculen verknopen om stabiele vezels te creëren. Hiervoor zijn LOX-enzymen nodig, die bepaalde plaatsen in de collageenmoleculen oxideren. Vervolgens, de chemisch gewijzigde plaatsen op verschillende collageenstrengen reageren met elkaar, waardoor de strengen samensmelten.

Sensor gecombineerd met functioneel peptide

Onder leiding van professor Helma Wennemers, een professor aan het Laboratorium voor Organische Chemie aan de ETH Zürich, het team van onderzoekers ontwikkelde een sensormolecuul met induceerbare fluorescentie. Het molecuul zelf is niet fluorescerend, maar na reactie met het LOX-enzym, het begint op te lichten. Op deze manier, het sensormolecuul fungeert als een marker voor LOX-activiteit. Volgende, de wetenschappers combineerden dit molecuul met een kort vezelig peptide dat lijkt op collageen. Ze hebben dit peptide geconjugeerd met een zogenaamde reactieve groep die alleen met collageen reageert als dit is geoxideerd.

In samenwerking met onderzoekers van de groep onder leiding van Sabine Werner, hoogleraar celbiologie, de wetenschappers voerden experimenten uit met muizen waarvan de huid was geïnjecteerd met het meercomponentenmolecuul. Ze voerden ook in vitro experimenten uit met weefselcoupes. Uit hun onderzoek bleek dat het molecuul zichzelf verankert aan collageenvezels waar nieuw weefsel wordt gevormd. En het licht op wanneer nieuw weefsel begint te groeien en het LOX-enzym wordt gevormd. "Dankzij het modulaire ontwerp met drie componenten:de sensor, het peptide en de reactieve groep - ons systeem is uitzonderlijk specifiek en nauwkeurig, " zegt Matthew Aronoff, senior wetenschapper in de groep van Wennemers en hoofdauteur van de studie.

Toepassingen in oncologie en wondgenezing

Omdat nieuw weefsel zich voornamelijk vormt aan de randen van tumoren als ze groeien, een toepassing voor het nieuwe molecuul is in biopsie-onderzoeken om de grenzen van een tumor te tonen. "Een van onze visies is dat chirurgen dit molecuul ooit in een operatiekamer zullen gebruiken bij het verwijderen van een tumor, ", zegt Wennemers. Het molecuul zou chirurgen de grens van de tumor laten zien en hen helpen deze volledig te verwijderen.

Andere mogelijke toepassingen voor het nieuwe markermolecuul liggen op het gebied van wondgenezing, bijvoorbeeld om weefselvorming in het algemeen of genezingsstoornissen bij patiënten met diabetes of andere ziekten te onderzoeken. Dergelijke vragen komen ook aan de orde in het kader van het interdisciplinaire huidonderzoeksproject Skintegrity, waarbij ETH Zürich betrokken is.

Nadat ze een patent voor hun systeem hadden aangevraagd, de wetenschappers onderzoeken momenteel verschillende mogelijkheden om het op de markt te brengen en te ontwikkelen voor een breder scala aan toepassingen.