Neu entwickelte, bioinspirierte Zelltransportmittel
Ein Forscherteam um den Chemiker Prof. Bart Jan Ravoo und den Biochemiker Prof. Volker Gerke hat Nanocontainer aus Zucker- und Eiweißkomponenten entwickelt. Diese Container werden durch natürliche Prozesse von Zellen aufgenommen und können so Substanzen, die normalerweise die Zellmembran nicht durchdringen können - wie Medikamente oder markierte Substanzen zur Untersuchung von Zellfunktionen - in Zellen transportieren. Die Studie wurde in "Advanced Science" veröffentlicht.
Lebende menschliche Krebszelle in Zellkultur, deren Aktinskelett mit fluoreszierendem Phalloidin angefärbt wurde. Diese giftige Substanz konnte nur durch die neu entwickelten Nanocontainer in die Zelle gelangen.
Kudruk & Pottanam Chali et al./Adv Sci 2021 (modified colours)
Nanocontainer können Substanzen in Zellen transportieren, wo sie dann ihre Wirkung entfalten können. Auf diese Weise werden beispielsweise die mRNA-Impfstoffe, die derzeit gegen Covid-19 eingesetzt werden, oder auch bestimmte Krebsmedikamente hergestellt. In der Forschung können ähnliche Transporter auch dazu verwendet werden, markierte Substanzen in Zellen einzubringen, um grundlegende Zellfunktionen zu untersuchen. Um ihr volles Potenzial auszuschöpfen, erforschen Wissenschaftler intensiv, wie Nanocontainer mit der biologischen Umgebung interagieren und wie sie chemisch aufgebaut sein müssen, um die Ladung möglichst schonend und kontrolliert in die Zellen zu bringen.
Wissenschaftler der Universität Münster haben kürzlich einen neuen Typ von Nanocontainern entwickelt, der vollständig aus biologischen Komponenten aufgebaut ist. Im Gegensatz zu anderen Frachttransportern basieren diese nicht auf Lipiden, sondern auf Zuckerverbindungen, die mit einer Hülle aus Proteinstrukturen - so genannten Polypeptiden - versiegelt sind, deren Dicke genau abgestimmt ist. "Wir stellen die Bestandteile unserer Nanocontainer zwar synthetisch her, aber sie werden von Zellen aufgenommen und - aufgrund der von uns entwickelten Gesamtstruktur - auch von ihnen abgebaut wie natürlich vorkommende Stoffe", erklärt der Chemiker Prof. Bart Jan Ravoo. "Für den Abbau der Containerhülle in der Zelle nutzen wir zwei natürlich vorkommende Mechanismen - so werden die transportierten Substanzen schnell wieder freigesetzt, sobald sie in der Zelle ankommen", ergänzt der Biochemiker Prof. Volker Gerke.
Mit den winzigen Nanocontainern, die einen Durchmesser von etwa 150 Nanometern haben, wollen die Wissenschaftler Zellen mit markierten biologisch relevanten Lipiden beladen, um Transportvorgänge innerhalb der Zellmembran zu untersuchen. Darüber hinaus planen sie, das chemische Design der Container so weiterzuentwickeln, dass sie beispielsweise nur von bestimmten Zelltypen aufgenommen werden oder ihre Ladung nur bei Anregung durch externes Licht freisetzen. In Zukunft könnten sich Transportsysteme aus Zucker- und Proteinkomponenten auch für Anwendungen in lebenden Organismen eignen, um Medikamente gezielt in bestimmte Gewebe und Zellen zu bringen. Die Studie wurde in der Zeitschrift "Advanced Science" veröffentlicht.
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