Eines der bestimmenden Merkmale der Zellen ist ihre Membranen . Repository von DNA und Protein -Maschinen machen jeder Zelle muss stabil und sicher vor Eindringlingen und Giftstoffe aufbewahrt werden. Wissenschaftler haben versucht, diese Eigenschaften zu replizieren , aber trotz jahrzehntelanger Forschung , selbst die grundlegendsten Membranstrukturen wie Vesikel genannt, immer noch mit vielen Problemen konfrontiert , wenn im Labor hergestellt . Sie sind schwer zu konsistenten Größen bilden und ihnen fehlt die Stabilität ihrer biologischen Gegenstücke.
Jetzt , University of Pennsylvania Forscher haben gezeigt, dass eine bestimmte Art von Dendrimer , ein Molekül, das baumartige Zweige verfügt , bietet eine einfache Möglichkeit zu schaffen, Vesikel und Schneider deren Durchmesser und Dicke . Außerdem können diese auf Dendrimerbasis Vesikel selbst zusammen mit konzentrischen Membranschichten , ähnlich wie eine Zwiebel.
Durch Veränderung der Konzentration der Dendrimere in suspendiert haben die Forscher gezeigt, dass sie die Anzahl der Schichten und damit den Durchmesser der Vesikel zu steuern , wenn die Lösung in Wasser injiziert. Eine solche Struktur eröffnet Möglichkeiten zur Freisetzung Medikamente über längere Zeit mit einer neuen Dosis in jeder Schicht oder auch indem ein Cocktail von Medikamenten in verschiedenen Ebenen , so dass jeder wird der Reihe nach freigegeben.
Die Studie wurde von Professor Virgil Percec in Penns Kunstschule führte , von der Abteilung für Chemie
Ihre Studie wurde in den Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht .
Zellmembranen bestehen aus zwei Schichten von Molekülen , von denen jeder einen Kopf, der von Wasser angezogen wird, hat , und einem Schwanz, der eine Aversion hergestellt wird. Diese Doppelschicht-Membranen durch Selbstorganisation so , daß die hydrophilen Köpfe der Moleküle beider Schichten sind auf der Außenseite , mit Blick auf das Wasser, das in der Umgebung der Zelle als auch das Wasser im Inneren eingekapselt ist .
Seit Jahrzehnten haben Wissenschaftler versucht, die grundlegendsten Form dieser Anordnung wird, wie ein Vesikel bekannt replizieren , im Labor. Bereinigt um die zusätzlichen Proteine und Zucker , die Zellen haben natürlich in ihren Membranen lässt nur einen doppelwandigen Blase, die mit Medikamenten oder anderen nützlichen Inhalten gestopft werden kann.
"Das Problem ", Percec sagte, " ist, dass , sobald Sie die Proteine und die anderen Elemente eines echten biologischen Membran zu entfernen , sind sie instabil und nicht für eine lange Zeit dauern. Es ist auch schwer, ihre Durchlässigkeit und ihrer Polydispersität zu steuern , Das ist , wie eng in der Größe sind . Die Methoden zur Herstellung derselben sind ebenfalls aufwendig und teuer. "
Forschung in diesem Bereich ist daher auf der Suche nach neuen chemischen , die Fettmoleküle , die in der Regel bilden ein Vesikel -Doppelschicht zu ersetzen konzentriert.
Durchbruch der Percec Gruppe kam im Jahr 2010, als sie begann, Vesikel mit einer Klasse von Molekülen namens amphiphile Janus Dendrimere .
Wie der römische Gott Janus, haben diese Moleküle zwei Gesichter. Jede Seite verfügt über baumartigen Zweige statt der Kopf und Schwanz in den Molekülen , aus denen sich biologische Membranen in der Natur gefunden. Aber auch diese Moleküle sind diese Dendrimere amphiphilen , so dass Äste einer Fläche ist hydrophil und die andere hydrophob ist.
Im Jahr 2010 Percec und seine Kollegen fanden die kleinstmögliche amphiphile Janus Dendrimer . Lösen diese Moleküle in einer Alkohollösung und Einspritzen von Wasser in ihnen , fanden die Forscher , dass sie stabil ist, gleich große Bläschen gebildet .
Nicht alle Zellen sind zufrieden mit nur einer einzigen Doppelschicht , aber. Einige biologische Systeme, wie zB gram-negative Bakterien und der Myelinscheiden , die Nerven zu bedecken, mehrere konzentrische Doppelschichten . Mit einem Modellsystem mit dieser Anordnung könnte einige grundlegende Erkenntnisse auf diese realen Systeme , und die zusätzliche Stabilität der zusätzlichen Schichten von Polsterung wäre eine nützliche Eigenschaft in der klinischen Praxis wahrscheinlich . , Verfahren zur Herstellung von Vesikeln mit mehreren Doppelschichten blieb jedoch unklar.
" Der einzige Weg, es hat in der Vergangenheit erreicht worden durch ein kompliziertes mechanisches Verfahren , das eine Sackgasse war, war ", sagte Percec . " Das war keine praktikable Option für die Massenproduktion von mehrschichtigen Vesikeln , aber mit unserer Bibliothek von amphiphilen Janus Dendrimere , hatten wir das Glück , einige Moleküle, die in ihren Anweisungen an Chemikalien benötigt haben finden Selbstorganisation dieser Strukturen sehr schön . "
Durch das Testen verschiedener Dendrimere mit verschiedenen organischen Lösungsmitteln , das Forschungsteam fand sie diese zwiebelartige Vesikel produzieren und kontrollieren die Anzahl der Schichten sie enthalten könnte . Durch Veränderung der Konzentration der Dendrimere in dem Lösungsmittel , sie Vesikel mit nicht weniger als 20 Schichten erzeugen konnte , wenn diese Lösung wurde zu Wasser gegeben. Und weil die Schichten einheitlich beabstandet konnte das Team die Gesamtgröße der Vesikel durch die Vorhersage der Anzahl der Schichten , die sie enthalten könnte steuern.
Tatsächlich sehen die mehrschichtige Struktur ihrer Vesikeln , die Forscher eine Technik wie Tieftemperatur- Transmissionselektronenmikroskopie oder CryoTEM bekannt. Diese Technik kann Bilder von Objekten im Nanobereich schwebend in wässriger Lösung zu nehmen. Um die Flüssigkeit schwimmenden Bläschen im Rahmen zu halten , das Team Flash - fror die Probe , sperrt sie in amorphes Eis , die frei von schädlichen Eiskristallen war .
Mit gekennzeichnet, daß die Vesikel eine Vielzahl von klinischen Anwendungen sind möglich. Eines der mehr verlockend ist Einkapseln Drogen in dieser Vesikel . Viele Medikamente sind nicht wasserlöslich, so müssen sie mit einer anderen Chemie verpackt werden , damit sie durch den Blutstrom fließen. Der zusätzliche Stabilität von mehreren Doppelschichten macht diese Zwiebel Vesikel eine attraktive Möglichkeit , ihre einzigartige Struktur öffnet die Tür zur nächsten Generation der Nanomedizin .
" Wenn Sie ein einziges Medikament im Laufe von 20 Tagen zu liefern wollen" Perce sagte: " Sie könnten darum eine Dosis des Medikaments in jeder Schicht denken und haben es im Laufe der Zeit freigesetzt wird. Oder Sie könnten ein Medikament in der ersten setzen Schicht , ein weiteres Medikament in dem zweiten usw. die Möglichkeit, den Durchmesser der Vesikel zu steuern können auch klinische Anwendungen ; . . Zielzellen könnte akzeptiert nur Vesikel mit einer bestimmten Größe "