Kunstcellen met ruggengraat

Kunstmatig leven kun je het niet noemen, maar de celletjes, zogenaamde liposomen, die Van Esch maakt hebben toch iets magisch. De buitenkant bestaat net als bij ons uit lipiden, zeepachtige moleculen met een waterminnende kop en een waterafstotende staart, en ze zitten vol met fibers die doen denken aan cellulaire cytoskeleten. Maar nog opmerkelijker is de wijze waarop de cellen tot stand zijn gekomen. Die is direct ontleend aan de natuur, namelijk via zelforganisatie. In oplossing gebracht groeperen de lipiden zich spontaan tot bolletjes of cellen omdat dat de meest stabiele configuratie is. De evolutie heeft talloze van dit soort zelfassemblerende systemen voortgebracht.

Maar magisch zal de uitvinder van de gesynthetiseerde bolletjes, prof.dr. Jan van Esch, zijn cellen niet snel noemen. “Ze vallen in het niet vergeleken met levende cellen. Echte celstructuren zijn veel complexer, met allerlei van elkaar gescheiden compartimenten.” Dat hij leven nabootst spreekt hij ook tegen. “We hebben ons laten inspireren door de natuur. Maar we zijn puur gericht op het synthesevraagstuk: hoe kunnen we het bouwprincipe uit de natuur gebruiken om complexe structuren te maken? ”

Van Esch en zijn medewerkers hebben een grote stap gezet binnen deze tak van sport. Liposomen worden al jaren in laboratoria van lipiden gemaakt. Maar Van Esch’ postdoc dr. Aurelie Brizard slaagde er als eerste in om de cellen een inwendig skelet te geven. De methode is simpel: Bij de sectie microfluidics leiden de onderzoekers gelatine door een microscopisch buisje. Aan weerszijden voegen ze lipiden toe. De lipiden sluiten zich om de gelatinefibers heen en snoeren de gelatinestroom af. “Het is alsof we worstjes maken”, zegt Van Esch, die meent de liposomen binnenkort ook te kunnen maken met kleine compartimenten erin. De truc zit hem niet zozeer in het afsnoeren van de worstjes, maar in de moleculaire bouwstenen: gelatinefibers en lipiden. In het laboratorium bouwde Van Esch versies van deze chemicaliën die elkaars stabiliteit niet beïnvloeden wanneer ze gemixt worden. En dat is uitzonderlijk. Experimenten leidden tot dan toe altijd tot smurries waarbij de lipiden en gelatines met elkaar reageerden en samen slechts één enkele structuur aannamen; bijvoorbeeld bolletjes, staafjes of celletjes. Maar nooit een mix. De doorbraak stond onlangs beschreven in het wetenschappelijke tijdschrift Angewandte Chemie.

De medische wereld gebruikt al jaren liposomen met medicijnen erin. Eenmaal aangebracht in de bloedbaan reizen de cellen door het lichaam totdat ze bij tumorweefsel terecht komen. “Maar het probleem tot nu toe is dat er weinig controle is over het vrijgeven van de medicijnen”, zegt Van Esch. “Door de celletjes te vullen met fibers kunnen we er wellicht voor zorgen dat ze openbarsten wanneer ze in tumorweefsel terecht komen. Tumoren vormen namelijk een relatief zure omgeving en bij lage pH groeien de fibers. Ze kunnen dan zo ver uitzetten dat ze het celmembraan kapot prikken.”

De onderzoeker denkt ook complexere liposomen te kunnen maken met katalysatoren die in verschillende compartimenten van elkaar gescheiden zitten. Deze celletjes zouden dan gebruikt kunnen worden als piepkleine reactors waarin chemische processen uiterst efficiënt verlopen.

Kunstmatig leven kun je het niet noemen, maar de celletjes, zogenaamde liposomen, die Van Esch maakt hebben toch iets magisch. De buitenkant bestaat net als bij ons uit lipiden, zeepachtige moleculen met een waterminnende kop en een waterafstotende staart, en ze zitten vol met fibers die doen denken aan cellulaire cytoskeleten. Maar nog opmerkelijker is de wijze waarop de cellen tot stand zijn gekomen. Die is direct ontleend aan de natuur, namelijk via zelforganisatie. In oplossing gebracht groeperen de lipiden zich spontaan tot bolletjes of cellen omdat dat de meest stabiele configuratie is. De evolutie heeft talloze van dit soort zelfassemblerende systemen voortgebracht.

Maar magisch zal de uitvinder van de gesynthetiseerde bolletjes, prof.dr. Jan van Esch, zijn cellen niet snel noemen. “Ze vallen in het niet vergeleken met levende cellen. Echte celstructuren zijn veel complexer, met allerlei van elkaar gescheiden compartimenten.” Dat hij leven nabootst spreekt hij ook tegen. “We hebben ons laten inspireren door de natuur. Maar we zijn puur gericht op het synthesevraagstuk: hoe kunnen we het bouwprincipe uit de natuur gebruiken om complexe structuren te maken? ”

Van Esch en zijn medewerkers hebben een grote stap gezet binnen deze tak van sport. Liposomen worden al jaren in laboratoria van lipiden gemaakt. Maar Van Esch’ postdoc dr. Aurelie Brizard slaagde er als eerste in om de cellen een inwendig skelet te geven. De methode is simpel: Bij de sectie microfluidics leiden de onderzoekers gelatine door een microscopisch buisje. Aan weerszijden voegen ze lipiden toe. De lipiden sluiten zich om de gelatinefibers heen en snoeren de gelatinestroom af. “Het is alsof we worstjes maken”, zegt Van Esch, die meent de liposomen binnenkort ook te kunnen maken met kleine compartimenten erin. De truc zit hem niet zozeer in het afsnoeren van de worstjes, maar in de moleculaire bouwstenen: gelatinefibers en lipiden. In het laboratorium bouwde Van Esch versies van deze chemicaliën die elkaars stabiliteit niet beïnvloeden wanneer ze gemixt worden. En dat is uitzonderlijk. Experimenten leidden tot dan toe altijd tot smurries waarbij de lipiden en gelatines met elkaar reageerden en samen slechts één enkele structuur aannamen; bijvoorbeeld bolletjes, staafjes of celletjes. Maar nooit een mix. De doorbraak stond onlangs beschreven in het wetenschappelijke tijdschrift Angewandte Chemie.

De medische wereld gebruikt al jaren liposomen met medicijnen erin. Eenmaal aangebracht in de bloedbaan reizen de cellen door het lichaam totdat ze bij tumorweefsel terecht komen. “Maar het probleem tot nu toe is dat er weinig controle is over het vrijgeven van de medicijnen”, zegt Van Esch. “Door de celletjes te vullen met fibers kunnen we er wellicht voor zorgen dat ze openbarsten wanneer ze in tumorweefsel terecht komen. Tumoren vormen namelijk een relatief zure omgeving en bij lage pH groeien de fibers. Ze kunnen dan zo ver uitzetten dat ze het celmembraan kapot prikken.”

De onderzoeker denkt ook complexere liposomen te kunnen maken met katalysatoren die in verschillende compartimenten van elkaar gescheiden zitten. Deze celletjes zouden dan gebruikt kunnen worden als piepkleine reactors waarin chemische processen uiterst efficiënt verlopen.