Bioaktive nanokapsler til at kapre celleadfærd

Mange sygdomme er forårsaget af defekter i kroppens cellers signalveje. I fremtiden, bioaktive nanokapsler kan blive et værdifuldt værktøj for medicin til at kontrollere disse veje. Forskere fra universitetet i Basel har taget et vigtigt skridt i denne retning:Det lykkes dem at få flere forskellige nanokapsler til at arbejde sammen om at forstærke en naturlig signaleringskaskade og påvirke celleadfærd.

Celler kommunikerer konstant med hinanden og har måder at opfange signaler og bearbejde dem - svarende til mennesker, der har brug for ører for at høre lyde og viden om sprog for at bearbejde deres betydning. Styring af cellens egne signalveje er af stor interesse for medicin til behandling af forskellige sygdomme.

Et forskerhold fra Institut for Kemi ved Universitetet i Basel og NCCR Molecular Systems Engineering udvikler bioaktive materialer, der kunne være egnede til dette formål. For at opnå dette, forskerne ledet af professor Cornelia Palivan kombinerer nanomaterialer med naturlige molekyler og celler.

I journalen ACS Nano , de rapporterer nu, hvordan enzymfyldte nanokapsler kan trænge ind i celler og integreres i deres native signaleringsprocesser. Ved funktionelt at koble flere nano-kapsler, de er i stand til at forstærke en naturlig signalvej.

Beskyttelse af lasten

For at beskytte enzymerne mod nedbrydning i et cellulært miljø fyldte forskerholdet dem i små polymerkapsler. Molekyler kan komme ind i rummet gennem biologiske porer, der er specifikt indsat i dets syntetiske væg og reagere med enzymerne indeni.

Forskerne udførte eksperimenter med nanokapsler, der rummer forskellige enzymer, der arbejdede i tandem:Produktet af den første enzymatiske reaktion kom ind i en anden kapsel og startede den anden reaktion indeni. Disse nanokapsler kunne forblive operative i dagevis og deltog aktivt i naturlige reaktioner i pattedyrsceller.

Små højtalere og ører

Et af de mange signaler, som celler modtager og behandler, er nitrogenoxid (NO). Det er en velundersøgt cellulær mekanisme, da defekter i NO-signalvejen er involveret i fremkomsten af ​​hjerte-kar-sygdomme, men også ved muskel- og nethindedystrofier. Vejen omfatter produktionen af ​​NO af en enzymfamilie kaldet nitrogenoxidsyntaser (NOS). NO kan derefter diffundere til andre celler, hvor det registreres af et andet enzym kaldet opløselig guanylatcyclase (sGC). Aktiveringen af ​​sGC starter en kaskadereaktion, regulering af et væld af forskellige processer, såsom afslapning af glatte muskler og bearbejdning af lys af sanseceller, blandt andre.

Forskerne ledet af Palivan producerede kapsler, der rummer NOS og sGC, som er naturligt til stede i celler, men i meget lavere koncentrationer:NOS-kapslerne, producerer NEJ, opføre sig på samme måde som højttalere, 'råber' deres signal højt og tydeligt; sGC-kapslerne, fungere som ører, ' føler og behandler signalet for at forstærke responsen.

Ved at bruge den intracellulære koncentration af calcium, som afhænger af virkningen af ​​sGC, som en indikator, forskerne viste, at kombinationen af ​​både NOS- og sGC-fyldte kapsler gør cellerne meget mere reaktive, med en 8-fold stigning i det intracellulære calciumniveau.

En ny strategi for enzymerstatningsterapi

"Det er en ny strategi til at stimulere sådanne ændringer i cellulær fysiologi ved at kombinere nanovidenskab med biomolekyler, " kommenterer Dr. Andrea Belluati, undersøgelsens første forfatter. "Vi skulle bare inkubere vores enzymfyldte kapsler med cellerne, og de var klar til at handle med et øjebliks varsel”.

"Dette proof of concept er et vigtigt skridt inden for enzymerstatningsterapi for sygdomme, hvor biokemiske veje ikke fungerer, såsom hjerte-kar-sygdomme eller flere dystrofier, " tilføjer Cornelia Palivan.