Individuele cellen reageren op elektrisch signaal

3 december 2012


Met een prominent artikel in het toonaangevende tijdschrift Angewandte Chemie tonen onderzoekers van de vakgroep Molecular Nanofabrication van het UT-onderzoeksinstituut MESA+ al vroege resultaten. Die komen voort uit het in 2010 toegekende European Research Council (ERC) project dat een looptijd kent van vijf jaar. Onderzoeksleider dr. Pascal Jonkheijm: ‘Onze benadering voor koppelingschemie op eiwitniveau werkte zo goed dat we meteen een stap verder gingen. Nu kunnen we het gedrag van individuele cellen elektrisch schakelen door de inzet van supramoleculen. Dit gebeurt onder fysiologische condities, dus zoals de situatie in het lichaam is.’

Dat laatste is van groot belang voor het zeer lokaal en specifiek toedienen van medicijnen, op moleculair niveau. De kunst is om liganden (anti-lichamen) te koppelen aan zieke cellen. Of dat wel of niet lukt hangt behalve van de pure chemie af van de, soms ongrijpbare, ‘waterige’ omstandigheden rondom de cel.

Wond

Jonkheijm en de uitgevers van Angewandte Chemie zijn enthousiast omdat men met deze nieuwe methode de liganden ‘dynamisch’ kan aanbieden. De cellen laten los of binden zich, afhankelijk van een extern elektrisch veld. In de experimenten van de UT-onderzoekers gaat het daarbij om orde groottes van 0,4 volt. Op een geprepareerd oppervlak bleek een aangebrachte ‘wond’ op een substraat met cellen duidelijk sneller te verlopen dan onder gewone (gezonde) lichamelijke omstandigheden.

Hoofdrolspeler in de benadering is een pompoenvormig macromolecuul dat twee lineaire gastmoleculen in haar ‘skelet’ kan herbergen. Eén hecht zich aan een geprepareerd goudoppervlak, de ander strekt zijn voelsprieten uit naar een specifieke (zieke) lichaamscel. De koppelingen blijken reversibel. Omkering van het elektrische signaal kan cellen binden dan wel loslaten. In sommige gevallen is het mogelijk de cellen deels te binden.

Richting toepassingen

Jonkheijm: ‘Het onderzoek opent studies naar fundamentele aspecten van de celbiologie maar we denken - met onderzoekers bij het biomedische UT-instituut MIRA en met onze partners in het BioMedical Materials programma - tegelijkertijd richting toepassingen. We willen de moleculen aanbrengen op platforms met daarop verschillende liganden die we daarna dynamisch in tijd en plaats aanbieden. Zo kunnen we gewenste cellen forceren, of ‘triggeren’, een binding aan te laten gaan onder de meest natuurlijke omstandigheden. Bij regeneratie van bijvoorbeeld tissue is de rol van de natuur vaak doorslaggevend: ontstaan er tijdens de behandeling infecties dan treedt in het ergste geval afstoting op. De mogelijkheid tot sturing op celniveau is dan een belangrijk instrument.’

Ook gaan de onderzoekers – dat zijn dr. Qi An en de promovendi Jenny Brinkmann en Sven Krabbenborg - kijken of de methode bruikbaar is om specifieke cellen op te sporen via ‘cell-fingerprints’.

Noot voor de pers

Voor meer informatie, of een digitale versie van het artikel ‘Supramolecularly Programmed Subcellular Release of Cells by Electrochemical Stimulus (Qi An, Jenny Brinkmann, Sven Krabbenborg, Jan de Boer en Pascal Jonkheijm)’ kunt u contact opnemen met UT-wetenschapsvoorlichter Joost Bruysters (053 4892773 / 06 1048 8228).