Nanodrupjes sleutel tot aansturing van membraanvorming

De TU Eindhoven heeft dit proces nu precies in beeld gekregen, waardoor de vorm, dikte en grootte van membranen is te sturen als hulp bij het ontwikkelen van nieuwe nanomedicijnen.

Trefwoorden: #amfifiele, #celwand, #liposomen, #membranen, #micellen, #microscopie, #moleculen, #nano, #nanodrupjes, #nanomedicijnen, #TU Eindhoven, #zeep

Lees verder

research

( Foto: Alessandro Ianiro - Nature Chemistry )

ENGINEERINGNET.BE - Biologische membranen, en door mensen gemaakte varianten, bestaan uit amfifiele moleculen, waarvan zeep een voorbeeld is. Die moleculen hebben een kop die zich hecht aan water, maar een staart die zich afkeert van water.

Een groepje van dit soort moleculen in water steekt het liefste de staarten bij elkaar, en de koppen naar buiten, naar het water. Soortgelijke processen zorgen ook voor het ontstaan van membranen.

Vaak zijn ze bolvormig, zoals liposomen, waardoor je er bijvoorbeeld een medicijn in kunt stoppen. Ook het ultieme membraan, de celwand, is op soortgelijke wijze opgebouwd.

Tot nu toe werd de vorming van ‘micellen’ gezien als de eerste stap van membraanvorming. Een micel is een extreem kleine bolvormige structuur, circa 100 nanometer, van amfifiele moleculen – allemaal met de staarten naar binnen en de koppen naar buiten.

Onderzoekers van de TU Eindhoven ontdekten echter een ander begin: het ontstaan van nanodrupjes in het water met een hogere concentratie amfifiele moleculen.

Op het grensvlak van dat drupje nemen de amfifiele moleculen elkaar als het ware bij de hand: eerst vormen ze bolletjes, die veranderen daarna in pijpjes of plaatjes, en daaruit ontstaat een aaneengesloten wandje dat het nanodrupje omsluit. Met deze zogeheten ‘zelf-assemblage’ is het drupje een liposoom geworden.

Het onderzoeksteam voorspelde deze uitkomst op basis van een wiskundig model en computersimulaties, en zagen het vervolgens bevestigd met een zeer speciale vorm van elektronenmicroscopie. Daarmee konden ze filmpjes maken van de vorming van liposomen.

Omdat de gangbare amfifiele moleculen voor deze vorm van miscroscopie te klein zijn om waar te nemen, gebruikten de onderzoekers veel grotere moleculen, namelijk block co-polymeren, die op dezelfde manier werken.

Volgens de onderzoekers zijn hun nieuwe inzichten fundamenteel om de zelfassemblage van membranen beter te kunnen sturen. Ze verwachten de kennis terug te zien in allerlei toepassingen, zoals nanomedicijnen. Hierbij worden kankermedicijnen op de juiste plek in het lichaam afgegeven door ze in te kapselen in liposomen.


Op de figuur:
Schematische afbeelding van de zelf-assemblage van nanodruppels (links), gevolgd door micellen, cilinders en plaatjes (midden), tot liposoom (rechts).