Rugzakken voor cellen

Levende cellen die microscopisch kleine rugzakken dragen - nanogestructureerde polymeerpleisters geladen met chemische lading - zouden op een dag medicijnen of beeldvormende middelen naar ziek weefsel kunnen vervoeren. MIT-onderzoekers zeggen dat ze met succes dergelijke rugzakken hebben gebouwd, ze met magnetische deeltjes hebben gevuld en ze aan de oppervlakken van immuuncellen hebben vastgemaakt zonder het vermogen van de cellen om te interageren met hun omgeving te verstoren. Het werk wordt beschreven in een recent nummer van Nano-letters .

Opgesteld: Twee immuuncellen (grijs) dragen rugzakken van polymeer (groen). De bevestigde rugzakken hebben twee lagen: een celadhesielaag die zich aan het celoppervlak vastgrijpt, en een ladingslaag die wat chemische lading vervoert - in dit geval groene fluorescerende kleurstof. Onderzoekers hopen dat de rugzakken ooit kunnen worden aangepast om medicijnen of beeldvormende middelen af ​​te leveren aan specifieke delen van het lichaam.

Al met al is dit een zeer belangrijk stuk werk, zegt Michael Zeeman , een professor in de chemie en biochemie aan de Universiteit van Californië, San Diego, die niet betrokken was bij het onderzoek. Er zijn veel mogelijke variaties op dit thema voor een groot aantal verschillende ziekten. Ik denk dat het een geheel nieuwe subdiscipline zou kunnen beginnen.

De rugzakken zijn opgebouwd uit drie dunne lagen polymeerfilm. De onderste laag verankert de rugzak aan een oppervlak tijdens constructie en laden. De middelste laag draagt ​​de lading van de rugzak. En de bovenste laag fungeert als een haak die aan het celoppervlak vastklikt.

Nadat ze de rugzakken hadden gesynthetiseerd, voegden de onderzoekers een oplossing toe met levende immuuncellen, die onmiddellijk werden verslaafd aan de bovenste lagen van de rugzakken. Vervolgens, door de temperatuur te verlagen, zorgden ze ervoor dat de onderste polymeerlagen oplosten, waardoor de cellen die de rugzak droegen van het oppervlak vrijkwamen.

Dit proces zorgt voor een ongelooflijke veelzijdigheid in de lading van de rugzakken, zegt Michael Rubner , directeur van MIT's Center for Materials Science and Engineering en senior auteur van het artikel. Omdat de cellen pas aan het einde worden toegevoegd, is er geen gevaar bij het gebruik van giftige chemicaliën en barre omstandigheden om de rugzakken te bouwen en te laden. Je kunt alle harde chemie gebruiken die je wilt, want de cel is er niet om gedood te worden, zegt Rubner. Pas in de laatste stap van het proces hecht de cel zich aan het oppervlak, grijpt zijn rugzak en tilt hem op.

Om te testen hoe stevig de rugzakken vastzaten, vulden de onderzoekers ze met magnetische nanodeeltjes, laadden ze op immuuncellen en plaatsten de cellen bij een magneet. Onder een microscoop konden de cellen worden gezien die naar de magneet migreerden - voortgetrokken door hun rugzakken, die stevig op hun plaats verankerd bleven.

Gewoonlijk worden deeltjes die in het celoppervlak zijn opgenomen, binnen enkele seconden geïnternaliseerd, zegt Mauro Ferrari , directeur van de afdeling nanogeneeskunde aan de Universiteit van Texas, die niet bij het werk betrokken was. Dat dit ding daar langer dan seconden blijft staan, is opmerkelijk, zegt hij.

Sailor waarschuwt dat hoewel de technologie veelbelovend is, de echte uitdaging zal zijn om het in het lichaam te laten werken. Er is in dit stadium geen manier om te weten hoe de cellen die de rugzak dragen zouden vergaan als ze in de bloedbaan circuleerden. Ze kunnen hun roedels opslokken of afwerpen, of zich nestelen in krappe ruimtes. Eerste studies suggereren dat de rugzakken geen gevaar vormen voor de gezondheid van de immuuncellen, maar er is nog veel meer werk nodig voordat het systeem kan worden getest in een levend dier, zegt Rubner.

Wanneer ze het punt van dierproeven bereiken, zijn de onderzoekers van plan om te beginnen met het laden van de rugzakken met een traceerbare substantie - misschien de magnetische nanodeeltjes, die kunnen worden afgebeeld door MRI, of misschien fluorescerende moleculen. Zo kan het team bepalen hoe de cellen migreren en of ze de gewenste doelen bereiken.

Uiteindelijk stellen Rubner en zijn collega's zich voor om de rugzakken te gebruiken voor therapieën die het eigen immuunsysteem van het lichaam opnieuw inrichten om ziek of kankerachtig weefsel aan te vallen. Immuuncellen kunnen bijvoorbeeld uit de bloedbaan worden verwijderd, worden uitgerust met rugzakken, worden geactiveerd om zich in een tumor te nestelen en terug te keren naar het lichaam. Daar zouden ze hun lading - of het nu een beeldvormend middel of een chemotherapeutisch medicijn was - rechtstreeks bij de tumor afleveren, waardoor gezonde weefsels worden gespaard van blootstelling aan de giftige lading.

De onderzoekers verwachtten aanvankelijk dat elke rugzak zich gelijkmatig aan het oppervlak van de draagcel zou hechten, net als een pleister. In plaats daarvan leken de pleisters op één plek stevig vast te zitten, terwijl de rest eraf bungelde - een soort van echte rugzak, die alleen aan de schouders verankert, zegt Rubner. Dit onverwachte fenomeen zou wel eens van pas kunnen komen, zegt hij. Immuuncellen moeten door nauwe openingen in het lichaam persen; een opgeplakte verpakking kan cellen minder buigzaam maken, terwijl een bungelende verpakking erdoorheen kan worden getrokken.

Voor het grootste deel waren de cellen en rugzakken in een één-op-één-verhouding aangesloten. Maar af en toe, onder bepaalde omstandigheden, vormden zich gigantische klompen van geaggregeerde cellen en rugzakken. Omdat de rugzakken niet plat tegen de cellen lagen, kon meer dan één cel aan een enkele patch worden vastgemaakt, of meer dan één patch aan een cel. Rubner hoopt dat zijn team kan leren hoe dit proces te manipuleren, misschien als basis voor bottom-up tissue engineering.

Dit is een nieuwe benadering, zegt Rubner. Er is veel flexibiliteit in wat je ermee kunt doen, en we hopen dat flexibiliteit iets zal worden dat van grote waarde zal zijn voor de samenleving.

Maar dat duurt nog even, voegt hij eraan toe.

zich verstoppen