Forskare vid universitetet i Basel har lyckats utveckla molekylära fabriker som efterliknar naturen. För att uppnå detta laddade de konstgjorda organeller inuti mikrometerstora naturliga blåsor (vesiklar) producerade av celler. Dessa molekylära fabriker förblir intakta även efter injektion i en djurmodell och uppvisar ingen toxicitet, som laget rapporterar i den vetenskapliga tidskriften Avancerad vetenskap .

Inuti cellerna, de faktiska biologiska fabrikerna, livets molekyler sätts ihop. Monteringslinjerna för celler är små fack som kallas organeller, där en mängd olika kemiska reaktioner äger rum antingen inuti eller mellan dem. För medicinska tillämpningar, molekylära fabriker som fungerar som artificiella celler skulle helst användas - för att producera saknade eller nödvändiga molekyler eller läkemedel.

Mjuk, syntetiska kapslar

Samarbete mellan Institutionen för kemi vid universitetet i Basel, det schweiziska institutet för nanovetenskap, och NCCR Molecular Systems Engineering möjliggjorde framgångsrik utveckling av sådana molekylära fabriker. Först, forskare under ledning av professor Cornelia Palivan och professor Wolfgang Meier designade konstgjorda organeller, det vill säga distinkta avdelningar av celler. De laddade dessa mjuka, syntetiska kapslar med enzymer och utrustade dem med membranproteiner som fungerar som "portar". Dessa portar tillåter molekyler som är involverade i den enzymatiska reaktionen att komma in i och lämna kapseln.

Senare, de naturliga cellerna matades med dessa konstgjorda organeller. Efter stimulering, cellerna producerade naturliga mikrometerstora vesiklar. Dessa har ett naturligt cellmembran och cytoplasma, innesluta de konstgjorda organellerna och kan därför fungera som en molekylär fabrik.

Zebrafiskembryon som djurmodell

De molekylära fabrikerna injicerades i zebrafiskembryon av forskare från gruppen ledd av professor Jörg Huwyler (Pharmazentrum vid universitetet i Basel). I denna djurmodell, de producerade den önskade föreningen, som katalyserades av enzymet i den konstgjorda organellen. Djurets livsduglighet äventyrades inte av injektionen.

"Denna kombination av naturliga vesiklar och små syntetiska organeller är det som gör molekylfabriken:reaktioner som äger rum inuti producerar en slutprodukt, som också händer inuti celler, " förklarar Dr. Tomaz Einfalt och Dr. Martina Garni, tidningens första författare.

Inom de molekylära fabrikerna, flera komponenter kan tillverkas och monteras till slutprodukten. De biosyntetiska vesiklarna kan också överföra komponenter från en cell till en annan. Olika molekylära fabriker kan kombineras så att komplexa strukturer med hög funktionalitet kan skapas – det första steget mot att producera konstgjorda celler i laboratoriet eller i levande organismer.