Nanotechnologen dromen er al jaren van om biologische motortjes te verwerken in chips. Onderzoekers van de groep van Cees Dekker van het Kavli Instituut, hebben de primeur. Ze maakten het allereerste ‘biomoleculaire sorteersysteem’.
Het sorteersysteem staat beschreven in Science van 12 mei. Biologische cellen zitten vol machientjes en motortjes. Eén ervan is het transporteiwit kinesine. Normaal gesproken ‘wandelen’ de kinesine-eiwitten met hun twee pootjes over een netwerk van buizen, de microtubuli, door de cel. Aan hun staart binden ze stoffen die getransporteerd moeten worden.
Promovendus ir. Martin van den Heuvel, student Martijn de Graaff en prof.dr. Cees Dekker draaiden het proces om. Zij zetten de eiwitten met hun voetjes naar boven vast in zeer kleine kanaaltjes van een siliciumoxidechip en lieten microtubuli door de transporteiwitten voortbewegen. Door een spanningsveld aan te brengen over een Y-vormige splitsing konden ze de microtubuli naar wens naar links of rechts laten bewegen.
De Delftse uitvinding kan een alternatief vormen voor bestaande ‘lab-on-a-chip’-toepassingen, waarin chemische processen op microschaal plaatsvinden. Hiervoor worden vloeistoffen door circuitjes rondgepompt. Het voordeel van het werken op microschaal is dat reacties sneller verlopen en goedkoper zijn. “In plaats van stoffen rond te pompen kun je ze ook aan de microtubuli binden en gericht door kanaaltjes naar reactievaten sturen”, vertelt Van den Heuvel. Over de mogelijke praktische gevolgen van zijn werk wil hij liever niet uitwijden. “Wat vooral mooi is aan dit onderzoek, is dat we nu voor het eerst aantonen dat het úberhaupt mogelijk is om individuele moleculen met een elektrische kracht aan te sturen en zo de celmachinerie te gebruiken voor technologische toepassingen.”
Van den Heuvel had een jaar geleden, toen hij voor het eerst zag dat hij de microtubules kon laten afbuigen, al een sterk voorgevoel dat dit een Science-publicatie zou kunnen opleveren. “Maar dan moesten we er wel mooi beeldmateriaal bij hebben”, zegt hij. En dus bestelden de onderzoekers een mix van groen- en roodfluorescerende buisjes. Op een filmpje op de website van het Kavli Instituut, zijn microtubuli te zien die afstevenen op de splitsing en naar kleur gesorteerd worden (zie url onderaan).
Het controlesysteem kan veel inzicht leveren in de biologie. Microtubuli zijn betrokken bij al het transport door cellen en spelen een belangrijke rol in de celdeling. “Om hier meer over te leren, onderzoeken we nu de flexibiliteit en lading van microtubuli”, aldus de promovendus. “Ook willen we de interactie tussen de kinesine-eiwitten en de microtubuli onderzoeken. We kunnen de elektrische krachten namelijk gebruiken om het transport van de microtubuli te vertragen en te versnellen. Dit laatste is verassend. Het zou kunnen dat de kinesines samenwerken. We zien in cellen namelijk ook dat sommige materialen sneller worden getransporteerd dan verwacht op basis van de snelheid van een enkel kinesine-motortje. De kinesines moeten hiervoor op elkaar afgestemd zijn.”
www.mb.tn.tudelft.nl/biomotors.mov
Het sorteersysteem staat beschreven in Science van 12 mei. Biologische cellen zitten vol machientjes en motortjes. Eén ervan is het transporteiwit kinesine. Normaal gesproken ‘wandelen’ de kinesine-eiwitten met hun twee pootjes over een netwerk van buizen, de microtubuli, door de cel. Aan hun staart binden ze stoffen die getransporteerd moeten worden.
Promovendus ir. Martin van den Heuvel, student Martijn de Graaff en prof.dr. Cees Dekker draaiden het proces om. Zij zetten de eiwitten met hun voetjes naar boven vast in zeer kleine kanaaltjes van een siliciumoxidechip en lieten microtubuli door de transporteiwitten voortbewegen. Door een spanningsveld aan te brengen over een Y-vormige splitsing konden ze de microtubuli naar wens naar links of rechts laten bewegen.
De Delftse uitvinding kan een alternatief vormen voor bestaande ‘lab-on-a-chip’-toepassingen, waarin chemische processen op microschaal plaatsvinden. Hiervoor worden vloeistoffen door circuitjes rondgepompt. Het voordeel van het werken op microschaal is dat reacties sneller verlopen en goedkoper zijn. “In plaats van stoffen rond te pompen kun je ze ook aan de microtubuli binden en gericht door kanaaltjes naar reactievaten sturen”, vertelt Van den Heuvel. Over de mogelijke praktische gevolgen van zijn werk wil hij liever niet uitwijden. “Wat vooral mooi is aan dit onderzoek, is dat we nu voor het eerst aantonen dat het úberhaupt mogelijk is om individuele moleculen met een elektrische kracht aan te sturen en zo de celmachinerie te gebruiken voor technologische toepassingen.”
Van den Heuvel had een jaar geleden, toen hij voor het eerst zag dat hij de microtubules kon laten afbuigen, al een sterk voorgevoel dat dit een Science-publicatie zou kunnen opleveren. “Maar dan moesten we er wel mooi beeldmateriaal bij hebben”, zegt hij. En dus bestelden de onderzoekers een mix van groen- en roodfluorescerende buisjes. Op een filmpje op de website van het Kavli Instituut, zijn microtubuli te zien die afstevenen op de splitsing en naar kleur gesorteerd worden (zie url onderaan).
Het controlesysteem kan veel inzicht leveren in de biologie. Microtubuli zijn betrokken bij al het transport door cellen en spelen een belangrijke rol in de celdeling. “Om hier meer over te leren, onderzoeken we nu de flexibiliteit en lading van microtubuli”, aldus de promovendus. “Ook willen we de interactie tussen de kinesine-eiwitten en de microtubuli onderzoeken. We kunnen de elektrische krachten namelijk gebruiken om het transport van de microtubuli te vertragen en te versnellen. Dit laatste is verassend. Het zou kunnen dat de kinesines samenwerken. We zien in cellen namelijk ook dat sommige materialen sneller worden getransporteerd dan verwacht op basis van de snelheid van een enkel kinesine-motortje. De kinesines moeten hiervoor op elkaar afgestemd zijn.”
www.mb.tn.tudelft.nl/biomotors.mov
Comments are closed.