Woreczek zrobiony z... białka

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Czołowi badacze świata od dawna wytężają umysły nad problemami związanymi z podawaniem obcych komórek do organizmu. Jednym z nich jest potrzeba stworzenia osłony, która będzie ochraniała wszczepione komórki, jednocześnie pozwalając im na kontakt z otoczeniem. Takie miniopakowanie musi mieć wiele cech: wykazywać elastyczność przy zachowaniu wytrzymałości, godzić przepuszczalność z blokowaniem dostępu komórek odpornościowych i wiele innych, pozornie sprzecznych ze sobą właściwości. Z pomocą przyszła naukowcom sama natura. Okazuje się bowiem, że w odpowiednich warunkach pojemniczek taki... tworzy się samoistnie. O odkryciu donoszą naukowcy z Instytutu Bio- i Nanotechnologii w Medycynie, należącego do Uniwersytetu Północno-zachodniego w amerykańskim mieście Evaston.

Nietypowa struktura powstaje w wyniku reakcji dwóch substancji. Pierwsza z nich to tzw. amfifil peptydowy (ang. amphiphile peptide, PA), sztucznie wytworzony w laboratorium związek. Drugą jest kwas hialuronowy, naturalny polimer występujący w wielu organizmach, także u człowieka, którego zadaniem jest współtworzenie m.in chrząstek i stawów. Jak przyznaje prof. Samuel Stupp, autor odkrycia, w osiągnięciu sukcesu pomogło mu po prostu szczęście: Spodziewaliśmy się, że te dwie substancje się ze sobą zmieszają. Zamiast tego, niemal natychmiast po połączeniu dwóch roztworów, utworzyły one solidną membranę. Odkrycie było ekscytujące, więc postanowiliśmy poprowadzić dalsze badania i sprawdzić, dlaczego tak się dzieje.

W toku badań udało się uzyskać kontrolę nad rozmiarem i kształtem membran. Odpowiednie formy i wymiary osiągano zależnie od użytego do syntezy naczynia, które pełni funkcję analogiczną do formy odlewniczej. Istotny jest także fakt, że powstające membrany samoczynnie regenerują się po przerwaniu, a ich wytrzymałość i stosunkowo wysoka sztywność pozwala np. na przenoszenie za pomocą pęsety lub przyszywanie do żywej tkanki za pomocą zwykłych nici chirurgicznych.

Uzyskanie trójwymiarowych woreczków także jest możliwe i całkiem łatwe. Aby to zrobić, głęboką probówkę wypełnia się roztworem PA, do którego następnie dodaje się kwas hialuronowy. Ten ostatni ma znacznie większą gęstość od otaczającego roztworu, toteż stopniowo opada. W czasie podróży w kierunku dna naczynia wiąże on stopniowo cząsteczki PA, powodując rozrastanie się sieci. Odpowiedni dobór stężeń obu tych substancji wymusza na nich tworzenie właśnie trójwymiarowej torebki.

Zespołowi prof. Stuppa udało się też zamknąć wewnątrz pęcherzyka komórki macierzyste i utrzymać je przy życiu przez cztery tygodnie. Wspomiany typ komórek do przeżycia potrzebuje specjalnego białkowego czynnika wzrostu, co oznacza, że błona jest zdolna do przepuszczania tej proteiny. Jest to stosunkowo duże białko, co sugeruje, że inne, znacznie mniejsze cząsteczki (wśród nich odkrywca wymienia np. pojedyncze geny, przeciwciała czy np. służące do wyciszania aktywności genów cząsteczki siRNA) powinny mieć tę samą możliwość.

Potencjalne zastosowania odkrycia amerykańskiego naukowca są bardzo liczne. Bez wątpienia mają szansę stać się skutecznym sposobem dostarczania do organizmu komórek, które w normalnych warunkach byłyby zniszczone przez układ immunologiczny. Dzięki osłonie są one zdolne do przeżycia znacznie dłuższego okresu. Inne możliwości użycia nowo odkrytych pęcherzyków obejmują, np.: produkcję nanomaszyn, ogniw słonecznych, a być może także całkowicie nowych, nieznanych obecnie polimerów.