Ter illustratie. Screenshot YouTube
Als eerste ter wereld hebben onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv een nieuwe technologie ontwikkeld die gecontroleerde inkapseling en afgifte van moleculen door blootstelling aan UV-licht mogelijk maakt.
Efficiënte inkapseling van moleculen wordt gezien als een grote technologische uitdaging, zeggen de onderzoekers. De nieuwe technologie, die een efficiënte inkapseling en een hoge laadcapaciteit van moleculen mogelijk maakt, zou in deze behoefte kunnen voorzien. De onderzoekers schatten dat de technologie zal leiden tot verdere ontwikkeling van toedieningssystemen voor gecontroleerde afgifte van biomoleculen en medicijnen in het lichaam door externe prikkels, met behulp van licht.
Het onderzoek werd geleid door promovendus Itai Katzir en begeleid door Dr. Ayala Lampel van de Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research aan de Wise Faculty of Life Sciences van de Universiteit van Tel Aviv. Het onderzoek werd gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift "Advanced Materials".
De onderzoekers leggen uit dat de nieuwe technologie is geïnspireerd op virale compartimenten die worden gevormd door het mazelenvirus. Na infectie van de gastheercel vormt het virus compartimenten waarin alle reacties plaatsvinden die betrokken zijn bij de vorming van nieuwe virale deeltjes, een proces waaraan deze compartimenten hun naam te danken hebben: virale fabrieken. Recente studies tonen aan dat deze virale fabrieken in feite dynamische en vloeistofachtige structuren zijn die in de gastheercel worden gevormd via een proces dat vloeistof-vloeistoffasescheiding wordt genoemd.
Geïnspireerd door het virale eiwit dat verantwoordelijk is voor de vorming van deze fabrieken, ontwierpen de onderzoekers een peptide (kort minimalistisch eiwit) dat compartimenten vormt die lijken op virale fabrieken voor het inkapselen van biomoleculen. Bovendien voegden de onderzoekers een uniek element toe aan de peptidesequentie dat controle mogelijk maakt over de inkapseling en afgifte van moleculen door de compartimenten te bestralen met UV-licht.
Dr. Lampel legt uit: “Ons doel was om vloeistofachtige compartimenten te ontwikkelen uit een complex van peptide- en RNA-moleculen die een efficiënte inkapseling van verschillende biomoleculen mogelijk maken terwijl ze hun eigen structuur behouden. Het ontworpen peptide en RNA vormen vloeistofachtige compartimenten die lijken op virale fabrieken. We hebben deze compartimenten verder ontwikkeld om op stimuli te reageren door een beschermende groep op te nemen in de peptidesequentie die wordt gesplitst na UV-bestraling. Het peptide met de fotosplitsbare beschermende groep vormt compartimenten met RNA, die een hogere inkapselingsefficiëntie hebben voor verschillende moleculen in vergelijking met compartimenten zonder de beschermende groep. We hebben aangetoond dat we de afgifte van ingekapselde biomoleculen kunnen controleren door de compartimenten bloot te stellen aan UV-licht en de beschermende groep vrij te geven.”
“Een andere unieke eigenschap van dit systeem is de hoge doorlaatbaarheid en laadcapaciteit van de ingekapselde moleculen, die in een deel van de huidige technologieën beperkt is. Deze technologie opent dus mogelijkheden voor biomedische en biotechnologische toepassingen, waaronder inkapseling, levering en afgifte van medicijnen, eiwitten, antilichamen of andere therapeutische moleculen”, voegt Dr. Lampel toe.
