Een levende cel is gebouwd met barrières om dingen buiten te houden - en onderzoekers proberen voortdurend manieren te vinden om moleculen naar binnen te smokkelen. Professor Giovanni Maglia (Biochemie, Moleculaire en structurele biologie, KU Leuven) en zijn team hebben een biologische nanoporie ontwikkeld die fungeert als een selectieve draaideur door het lipidemembraan van een cel. De nanoporie zou mogelijk kunnen worden gebruikt bij gentherapie en gerichte medicijnafgifte.

Alle levende cellen zijn omgeven door een lipidemembraan dat het binnenste van de cel scheidt van de buitenomgeving. De instroom van moleculen door het celmembraan wordt strak gereguleerd door membraaneiwitten die fungeren als specifieke doorgangen voor de handel in ionen en voedingsstoffen. Membraaneiwitten kunnen ook door cellen als wapens worden gebruikt. Dergelijke eiwitten vallen een cel aan door gaten – nanoporiën – te maken in 'vijandelijke' celmembranen. Ionen en moleculen lekken uit de gaten, uiteindelijk celdood veroorzaken.

Onderzoekers proberen nu nanoporiën te gebruiken om DNA of eiwitten over membranen te smokkelen. Eenmaal in een cel, het DNA-molecuul zou de cel kunnen herprogrammeren voor een bepaalde actie. Professor Maglia legt uit:"We zijn nu in staat om biologische nanoporiën te construeren, maar het moeilijke deel is om de doorgang van moleculen door de deuropeningen van de nanoporiën nauwkeurig te regelen. We willen niet dat de nanoporie alles binnenlaat. we willen de toegang tot specifieke genetische informatie in specifieke cellen beperken."

draaideur

Professor Maglia en zijn team zijn erin geslaagd een nanoporie te ontwerpen die werkt als een draaideur voor DNA-moleculen. "We hebben een selectieve DNA-draaideur bovenop de nanopore geïntroduceerd. Specifieke DNA-sleutels in oplossing hybridiseren met de DNA-deur en worden door de nanopore getransporteerd. Een tweede DNA-sleutel aan de andere kant van de nanopore geeft dan de gewenste genetische informatie vrij. Een een nieuwe cyclus kan dan beginnen met een ander stukje DNA – als het maar de juiste sleutel heeft. de nanoporie fungeert tegelijkertijd als filter en transportband."

"Met andere woorden, we hebben een selectief transportsysteem ontwikkeld dat in de toekomst kan worden gebruikt om medicatie in de cel af te geven. Dit kan van bijzonder nut zijn bij gentherapie, waarbij genetisch materiaal wordt ingebracht in gedegenereerde cellen om ze uit te schakelen of te herprogrammeren. Het kan ook worden gebruikt bij gerichte toediening van medicijnen, waarbij medicatie rechtstreeks in de cel wordt toegediend. De mogelijkheden zijn veelbelovend."

De bevindingen van de onderzoekers zijn gepubliceerd in een recente editie van Natuurcommunicatie .