‘Uien’ als medicijnverpakking

‘Uien’ als medicijnverpakking

Sommige moleculen vormen in water spontaan een membraan waardoor een bolletje ontstaat. Soms ontstaan zelfs meerdere membranen om elkaar heen, zoals bij laagjes van een ui. Onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania kunnen nu precies voorspellen hoe groot de bolletjes worden. Dat maakt ze makkelijker te hanteren voor toekomstig gebruik als medicijnverpakking.

In 2010 bereikten onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania, onder leiding van chemicus Virgil Percec, een grote doorbraak. Ze maakte bolletjes van een klassemoleculen genaamd dendrimeren: moleculen met een structuur als de takken van een boom. In water vormen de dendrimeren spontaan een membraan, met als resultaat een bolletje van tientallen nanometers groot. De bolletjes bleken stabiel en allemaal van dezelfde grootte. Het onderzoek leverde hen een publicatie op in het gerenommeerde wetenschapsblad Science.

Nu heeft hetzelfde team een makkelijke manier gevonden om bolletjes te maken die uit meerdere lagen membranen bestaan, vergelijkbaar met de lagen van een ui. Ook is de diameter van de bolletjes vooraf te voorspellen, schreven ze onlangs in het tijdschrift Proceedings of the National Adacemy of Sciences.

Bescherming

Stoeien met biologische membranen

Al tientallen jaren proberen wetenschappers de meest simpele vorm van bilaag, in de vorm van een bolletje, na te maken in het lab. Door de eiwitten en suikers weg te laten, die van nature in membranen zitten, blijft er een bubbel met een dubbellaags membraan over die volgestopt kan worden met medicijnen of andere nuttige stoffen. Het probleem: zodra je de eiwitten en andere moleculen in een biologisch membraan verwijdert, vallen ze snel uit elkaar. Het is daarom zoeken naar makkelijke manieren om stabiele bolletjes van dezelfde grootte te maken.

Cellen hebben een vliesje om hun inhoud nodig om het dna en de eiwit-machinerie te beschermen tegen ziekteverwekkers en giftige stoffen die willen binnendringen. In cellen bestaat dit celmembraan uit vetachtige moleculen genaamd lipiden. In water gaan lipiden spontaan naast elkaar liggen om twee lagen te vormen, een zogenaamde bilaag. Daarbij richten de koppen, die van water houden, zich naar buiten. De staarten, die water afstoten, draaien naar binnen.

De meeste cellen nemen genoegen met slechts één zo’n dubbellaags celmembraan. Maar er zijn ook cellen en onderdelen van cellen die meerdere bilagen hebben. Een voorbeeld zijn gram-negatieve bacteriën die voorzien zijn van een dubbele bilaag. Ook de myelineschede, een vettige stof die in het zenuwstelsel de uitlopers van zenuwcellen omhult, bestaat uit een dubbele lipidenlaag die meerdere keren om de uitlopers is gerold.

Voorspelbaar aantal laagjes

Wetenschappers proberen meerdere bilagen kunstmatig na te maken om meer inzicht te krijgen in dit biologische systeem. Daarnaast hopen ze dat de betere stabiliteit die met extra bilagen gepaard gaat, van pas komt in klinische toepassingen.

Het onderzoeksteam van Percec heeft nu laten zien dat het met dendrimeren makkelijk is om een stabiel bolletje met meerdere lagen te maken. Hoe hoger de concentratie dendrimeren, hoe meer dubbellaagse membranen er spontaan ontstaan, die als de laagjes van een ui om elkaar heen liggen. Het lukte bolletjes te maken met wel twintig laagjes. Door de concentratie dendrimeren geïnjecteerd in water te veranderen, had het team controle over het aantal membranen dat zich vormde. En daarmee over de diameter van het bolletje.

Medicijnen verpakken

Een toekomstige toepassing van de ui-achtige bolletjes is het verpakken van medicijnen. Veel medicijnen zijn namelijk niet oplosbaar in water en moeten verpakt worden om door de bloedstroom te kunnen zweven. Dankzij de stabiliteit die de meerdere dubbellaagse membranen opleveren, zijn de ui-achtige bolletjes hiervoor geschikt.

“Als je een enkel medicijn in de loop van twintig jaar tijd wil afleveren, kan je eraan denken om steeds één dosis van het medicijn in elke laag stoppen, zodat het vrijkomt over de tijd”, zegt Percec. Deze structuur biedt ook mogelijkheid om een cocktail van medicijnen in de verschillende lagen te stoppen. “Je kan het ene medicijn in de ene laag stoppen, een ander medicijn in de tweede laag en ga zo maar door.” De verschillende stoffen in de cocktail komen dan opeenvolgend vrij. Onderzoek naar dit concept zet zich de komende jaren voort.

Bron:

Shaodong Zhang e.a., ‘Self-assembly of amphiphilic Janus dendrimers into uniform onion-like dendrimersomes with predictable size and number of bilayers’, Nature Communications, online publicatie 9 juni 2014.

Dit nieuwsbericht verscheen 16 juni 2014 op Kennislink

Reageer