Plastic organel in menselijke cel

Eigenlijk zijn cellen net huisjes. Ze bestaan uit afgesloten kamertjes met allemaal een eigen functie. Sommige compartimenten zorgen voor eiwitproductie, afbraak of bescherming. Die laatste functie hebben Nijmeegse wetenschappers nu van de natuur nagebootst.

Het experiment

Ze bouwden een compartimentje op nanoschaal (114 nm), van polymeren die zelf een bolletje vormen. Aan de buitenkant steken daar signaaleiwitten uit, die ervoor zorgden dat de bolletjes door menselijke cellen werden opgenomen. Eenmaal in de cellen werden de bolletjes niet opgeruimd, maar bleven de plastic organellen meerdere dagen intact. Puur het ontsnappen aan de cellulaire vuilniswagen was echter nog niet genoeg voor de wetenschappers.

De kunstmatige organellen zijn uiteindelijk bedoeld om medicijnmoleculen ín de cel te laten werken. Veel ziekten worden veroorzaakt doordat enzymen in de cellen van het lichaam niet goed werken. Als medicijn kan het enzym worden aangevuld, waardoor de cel weer beter kan functioneren. Helaas werkt dat niet zo lang. Cellen breken namelijk continu eiwitten (en dus ook enzymen) af. Door de enzymen in te pakken in een plastic nanocontainertje zouden ze beschermd worden tegen afbraak, terwijl ze hun werk nog wel goed kunnen doen.

De polymeren vormen zelf een bolletje, omdat de waterafstotende delen naar elkaar toe trekken. Ook vangen ze zo automatisch wat water met daarin de functionele enzymen in het midden.Afbeelding: © Stijn van Dongen, Radboud Universiteit

Om dit te testen, vulden ze de bolletjes met een in onderzoek veelgebruikt enzym uitmierikswortel, Horse Radish Peroxidase (HRP). Dit eiwit kan in de aanwezigheid van genoeg waterstofperoxide het stofje TMB oxideren zodat dit helderblauw van kleur wordt. Ook kunnen die moleculen gemakkelijk door het nanocontainertje bij de enzymen komen, omdat de container een beetje poreus is. Zo kun je heel makkelijk zien of het enzym ook in de nanocontaintertjes in de cellen werkte. En dat bleek te lukken. 

Op dit filmpje (helaas niet in kleur) zijn menselijke cellen te zien die de nanobolletjes hebben opgenomen.
 

De ‘diamantjes’ die je ziet verschijnen, zijn kristallen van geoxideerd TMB. Er wordt als het ware zoveel TMB geproduceerd, dat het als neerslag in de oplossing zichtbaar wordt.

En dan?

De weg naar het ziekenhuis is nog lang, maar chemicus prof. Jan van Hest zegt dat deze benadering zeer veel mogelijkheden biedt om op celniveau processen te bestuderen en te beïnvloeden. “We kijken in onze groep naar de oplossingen die de natuur heeft ontwikkeld en proberen die zo goed mogelijk met nanotechnologie te imiteren. Met succes.”

Bron:

Cellular Integration of an Enzyme-Loaded Polymersome Nanoreactor
Stijn F. M. van Dongen,Wouter P.R. Verdurmen e.a. Angewandte Chemie.

Dit artikel verscheen eerder op Kennislink.nl. Auteur: Bo Blanckenburg