Små implantater til celler er funktionelle in vivo

For første gang, et tværfagligt team fra universitetet i Basel er lykkedes med at integrere kunstige organeller i cellerne i levende zebrafiskembryoner. Denne innovative tilgang med kunstige organeller som cellulære implantater giver nyt potentiale til behandling af en række sygdomme, som forfatterne rapporterer i en artikel publiceret i Naturkommunikation .

I cellerne i højere organismer, organeller såsom kernen eller mitokondrier udfører en række komplekse funktioner, der er nødvendige for livet. I netværkene af det schweiziske nanovidenskabsinstitut og NCCR "Molecular Systems Engineering", gruppen ledet af professor Cornelia Palivan fra Institut for Kemi ved Universitetet i Basel arbejder på at producere organeller af denne art i laboratoriet, at introducere dem i celler, og at kontrollere deres aktivitet som reaktion på tilstedeværelsen af ​​eksterne faktorer (f.eks. ændring i pH-værdier eller reduktive forhold).

Disse cellulære implantater kunne, for eksempel, bære enzymer, der er i stand til at omdanne en farmaceutisk ingrediens til det aktive stof og frigive den "efter behov" under specifikke forhold. Indgivelse af lægemidler på denne måde vil kunne reducere både de anvendte mængder og bivirkningerne betydeligt. Det ville kun tillade behandling, når det kræves af ændringer forbundet med patologiske tilstande (f. en tumor).

Små kapsler med en enzymatisk last

De kunstige organeller er baseret på bittesmå kapsler, der dannes spontant i opløsning fra polymerer og kan omslutte forskellige makromolekyler såsom enzymer. De kunstige organeller, der præsenteres her, indeholdt et peroxidaseenzym, der først begynder at virke, når specifikke molekyler trænger ind i kapslernes væg og understøtter den enzymatiske reaktion.

For at kontrollere passagen af ​​stoffer, forskerne inkorporerede kemisk modificerede naturlige membranproteiner i kapslernes væg. Disse fungerer som porte, der åbner i henhold til glutathionkoncentrationen i cellen.

Ved en lav glutathionværdi, poren i membranproteinerne er "lukket" - dvs. ingen stoffer kan passere. Hvis glutathionkoncentrationen stiger over en vis tærskel, proteinporten åbner sig, og stoffer udefra kan passere gennem poren ind i kapslens hulrum. der, de omdannes af enzymet indeni, og produktet af reaktionen kan forlade kapslen gennem den åbne port.

Også effektiv i levende organismer

I samarbejde med gruppen ledet af professor Jörg Huwyler fra Institut for Farmaceutiske Videnskaber ved Universitetet i Basel, de kunstige organeller er også blevet undersøgt in vivo. "Vi har nu været i stand til at integrere disse kontrollerbare kunstige organeller i cellerne i en levende organisme for første gang, " siger Cornelia Palivan.

Forskerne valgte zebrafiskembryoner, fordi deres gennemsigtige kroppe tillader fremragende sporing af cellulære implantater under et mikroskop, når de er mærket med et fluorescerende farvestof.

Efter at de kunstige organeller blev injiceret, de blev "spist" af makrofager og fandt derfor vej ind i organismen. Forskerne var derefter i stand til at vise, at peroxidase-enzymet fanget inde i den kunstige organel blev aktiveret, når hydrogenperoxid produceret af makrofagerne kom ind gennem proteinportene.

"I dette studie, vi viste, at de kunstige organeller, som er inspireret af naturen, fortsætte med at arbejde efter hensigten i den levende organisme, og at proteinporten, vi inkorporerede, ikke kun virker i cellekulturer, men også in vivo, " kommenterer Toma Einfalt, artiklens første forfatter og kandidat fra PhD School of the Swiss Nanoscience Institute. Ideen om at bruge kunstige organeller som celleimplantater med potentiale til at producere aktive farmaceutiske forbindelser, for eksempel, åbner op for nye perspektiver for patientrettet proteinterapi.