Door extreem kleine belletjes te blazen, onderzoekers van het Kavli Institute of Nanoscience aan de Technische Universiteit Delft (TU Delft) hebben een efficiënte manier gevonden om zogenaamde liposomen te produceren - zeer kleine belachtige structuren die vaak worden gebruikt om medicijnen te leveren, maar ook de sleutel tot het genereren van kunstmatige cellen. De wetenschappers publiceren hun bevindingen in de online editie van Natuurcommunicatie op vrijdag 22 januari.

Celverdeling

Een van de grootste uitdagingen in de biowetenschappen van vandaag is de assemblage van een kunstmatige cel uit een reeks afzonderlijke componenten, een inspanning gedreven door de drang om ons begrip van hoe biologische cellen werken te verbeteren. Een van de eerste stappen op weg naar het genereren van dergelijke kunstmatige cellen is het vermogen om liposomen te produceren. Deze zijn erg klein, belachtige structuren met een lipidewand en gevuld met water. In dit opzicht, ze lijken erg op lege "echte" cellen. Liposomen worden al voor verschillende doeleinden gebruikt, inclusief de levering van medicijnen aan het menselijk lichaam.

Lab op een chip

Onderzoekers van de TU Delft zijn er nu in geslaagd om op zeer efficiënte wijze liposomen te produceren. Ze gebruiken een microfluïdische 'lab-on-a-chip'-techniek om de structuren te genereren die worden ondersteund door minuscule vloeistofstromen, in een proces dat lijkt op het blazen van zeepbellen (zie video). "Manieren om liposomen te maken bestonden al, " zegt Siddharth Deshpande, een postdoctoraal onderzoeker in het team onder leiding van Cees Dekker, "maar deze hadden aanzienlijke nadelen voor onze doeleinden. Ze waren te traag en, bovenal, niet zuiver genoeg."

1-octanol

De nieuwe methode van 'bellenblazen' gebruikt een soort alcohol als oplosmiddel. Een van de problemen met de eerdere technieken was dat ze een olieachtig oplosmiddelresidu achterlieten in de liposomen. Op zoek naar een beter alternatief, Deshpande probeerde in plaats daarvan 1-octanol te gebruiken. En de resultaten overtroffen alle verwachtingen, omdat de onderzoekers zagen dat deze stof snel en spontaan naar één kant van het nieuw gevormde liposoom beweegt, waar het een druppel 1-octanol vormt die spontaan scheidt van de gastheerstructuur van zijn akkoord, binnen een paar minuten.

"Wat overblijft, "Deshpande legt uit, "zijn pure liposomen met de afmetingen van een biologische cel, 5-20 micrometer, en een lipidewand. Inmiddels hebben we kunnen aantonen dat deze wand heel erg lijkt op die van een 'echte' cel – van een bacterie, bijvoorbeeld."

Eiwitten

De nieuwe methode is octanol-geassisteerde liposoomassemblage genoemd, of OLA. Zoals Dekker uitlegt:"OLA biedt een flexibel platform voor het produceren van de kunstmatige cellen van de toekomst. We willen de liposomen gebruiken als basismateriaal voor die cellen. Ons volgende doel is om ze te laten delen door toevoeging van speciale eiwitten zoals FtsZ en ZipA , die ringen vormen rond de 'evenaar' van het liposoom. Met deze techniek zijn we al aan het experimenteren. Als ze slagen, we zouden 'zeepbellen' kunnen maken die autonome dochterbellen kunnen produceren. Dit zou ons een spectaculair inzicht moeten geven in de mechanismen die bacteriële cellen gebruiken om zich te delen."