Purdue-onderzoekers hebben een manier bedacht om de fijnere details van complexe celprocessen vast te leggen door kleine synthetische deeltjes te gebruiken die bekend staan ​​​​als dendrimeren, een technologie die kan leiden tot een meer gerichte behandeling van kanker.

Een nauwkeurig begrip van hoe cellen kleine deeltjes opslokken, een proces dat bekend staat als endocytose, zou onderzoekers kunnen helpen de medicijnafgifte te verbeteren en de mechanismen van virussen te onthullen. Maar de deeltjes die door cellen worden 'opgegeten' en de eiwitten die de celinvoerroutes regelen, zijn te klein voor conventionele technologieën om te detecteren.

W. Andy Tao, hoogleraar biochemie, en zijn medewerkers ontwikkelden een methode die dendrimeren naar cellen stuurt om te volgen, het vangen en isoleren van de eiwitten die het celinternalisatieproces reguleren, het identificeren van 809 eiwitten die betrokken zijn bij celinvoerroutes.

De technologie, bekend als het traceren van internalisatie en handel in nanomaterialen of TITAN, "helpt ons te begrijpen hoe cellen extracellulaire deeltjes internaliseren en hoe ze deze deeltjes verplaatsen, " zei Tao. "Dit is allemaal handig, waardevolle informatie voor de toekomst als we die processen proberen te verstoren om schadelijke dingen zoals virussen buiten te houden of om met de processen te werken om een ​​nuttig medicijn af te leveren."

Dendrimeren zijn symmetrisch vertakte nanodeeltjes, vergelijkbaar in grootte met natuurlijk voorkomende eiwitten. Betekent "boomachtig" molecuul, De kleine omvang en structuur van een dendrimeer maken het een ideale koerier voor het transporteren van een verscheidenheid aan moleculen via zijn vele vertakkingen naar een cel. Een van de meest waardevolle rollen van dendrimeren is gerichte medicijnafgifte voor ziekten zoals kanker. Dendrimeren kunnen selectief medicijnen afleveren aan kankercellen, in tegenstelling tot chemotherapie, die zowel gezonde als kankercellen vernietigt.

Tao en het team hebben de dendrimeren chemisch gemodificeerd voordat ze naar cellen werden gestuurd met een fluorescerend label waardoor de dendrimeren gemakkelijker te herkennen zouden zijn terwijl ze door de cel reisden; een fotoreactieve crosslinker waarmee dendrimeren zich onder UV-straling aan eiwitten kunnen hechten; en een "handvat" waarmee onderzoekers de dendrimeren uit de rest van het celmateriaal konden vissen.

Toen de onderzoekers de cellen bestraalden, de dendrimeren binnen grepen alle eiwitten in hun omgeving, het verstrekken van een realtime, freeze-frame shot waarvan eiwitten endocytose reguleren. Het team bestraalde de cellen met drie verschillende tijdsintervallen - 30 minuten, een uur en twee uur.

"We zagen op elk tijdstip verschillende moleculen die ons vertelden waar het dendrimeer was en door welke mechanismen het in de cel werd afgeleverd, ' zei Tao. 'Zeg dat je naar Wal-Mart bent gereden, maar in plaats van me te vertellen welke wegen je hebt afgelegd, je hebt onderweg foto's gemaakt van gebouwen en oriëntatiepunten op verschillende tijdstippen. Die beelden vertellen me welke wegen je hebt genomen. Dit is dezelfde methode."

De onderzoekers gebruikten massaspectrometrie om honderden eiwitten die betrokken zijn bij endocytose te isoleren en te identificeren. bevestigende mechanismen die veel biologen eerder hadden verondersteld.

Weten welke eiwitten endocytose sturen en in welke stadia, zou onderzoekers kunnen helpen de levering van nanomedicine te verfijnen en mogelijk mobieler te maken in cellen, zei Tao.

"We kunnen veel cruciale informatie uit TITAN halen, " zei hij. "Dit is een platformtechnologie die een nieuwe manier opent om veel kleinschalige biologische processen in de cel te bestuderen."

Enkele van de mogelijke toepassingen van TITAN zijn het bepalen hoe virussen cellen binnenkomen en zich verplaatsen, onthullen hoe kankercellen met elkaar communiceren en helpen na te gaan waar nanodeeltjes in de cel terechtkomen, een functie die relatief onbekend is.

"Er wordt veel nanotechnologie ontwikkeld, maar we hebben echt geen idee welke veiligheids- of toxiciteitsproblemen erbij betrokken kunnen zijn, " Tao said. "Understanding where these nanoparticles go in the cell and if they degrade over time is important. TITAN can track how nanoparticles move in the cell and whether they end up in the nucleus - which could be a problem - or in the cell's 'garbage disposal.'"