Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine stabile Hülle für künstliche Zellen

25.10.2017

Wissenschaftler entwickeln zellähnliche Lipidvesikel, die sie mit natürlichen Zellproteinen ausstatten können

Jede Zelle braucht eine Hülle. Eine Membran aus Fettmolekülen trennt das Zellinnere von der Umgebung und schafft dort ein für das Überleben notwendige Milieu. Auch für die Entwicklung künstlicher Zellen ist eine chemisch und mechanisch stabile Hülle eine wesentliche Voraussetzung.


Winzige Lipidvesikel (links: SUVs, GUVs; grün) verschmelzen in einem Polymertröpfchen (orange, dunkelblau) an der Innenseite des Tröpfchens.

Weiss et al, Nature Materials 2017

Forscher der Max-Planck-Gesellschaft sowie der Universitäten in Heidelberg, Jena, Magdeburg und Bordeaux haben nun im Rahmen des MaxSynBio-Netzwerks mit einer neuen Methode Partikel aus unterschiedlichen Fettsäuren erzeugt, die sich ähnlich wie natürliche Zellmembranen verhalten.

Die Wissenschaftler konnten die Vesikel zudem mit natürlichen Zellproteinen befüllen und in die Lipidschicht integrieren. Die Lipidpartikel sind ein wichtiger Schritt hin zur Entwicklung eines Modellsystems, mit dem sich die Abläufe in natürlichen Zellen untersuchen lassen. Sie könnten eines Tages auch ein Bestandteil künstlicher Zellen sein.

Auf den ersten Blick erscheint die Membran natürlicher Zellen als eine vergleichsweise einfach aufgebaute Doppelschicht aus Fettsäuremolekülen. Tatsächlich besitzt die Zellmembran jedoch Eigenschaften, die sich bislang kaum im Labor nachahmen lassen.

So besitzen künstliche Zellen zwar eine Hülle aus Fettmolekülen, diese ist jedoch bislang zu instabil und undurchlässig. Wissenschaftler können solche sogenannten Protozellen daher nicht mit Molekülen befüllen, die für Zellvorgänge wichtig sind.

Mit einem Trick haben die Max-Planck-Wissenschaftler zusammen mit ihren Kollegen nun Lipidvesikel erzeugt, die künftig die Hülle für künstliche Zellen bilden könnten. Die Forscher nutzen dafür Tröpfchen aus langkettigen organischen Molekülen, sogenannten amphiphilen Polymeren, die wie Tenside wirken. Die Tröpfchen bestehen aus einer äußeren Schicht sogenannter perfluorierter Polyether und einer innen liegenden Schicht aus wasserlöslichem Polyethylenglykol, an die Gold-Nanopartikel angelagert sind.

Dank der unterschiedlichen Löslichkeit der inneren und äußeren Schicht schwimmen die Tröpfchen in einem Öl-haltigem Medium, enthalten im Innern aber eine wässrige Lösung. Mithilfe eines Mikro-Injektionssystems können die Forscher nun winzige Lipidvesikel in die Polymer-Tröpfchen injizieren. Durch die Zugabe von Magnesium lösen sich die Vesikel im Innern auf und verschmelzen zu einer einzigen Lipidschicht an der Innenseite der Tröpfchen.

„Die so entstehenden Lipidvesikel sind mechanisch und chemisch so stabil, dass wir Proteine in sie injizieren können, wie sie in natürlichen Zellen vorkommen“, sagt Joachim Spatz vom Max-Planck-Institut für medizinische Forschung in Heidelberg. Mithilfe eines eigens entwickelten Piko-Injektionssystems können die Forscher genau einstellbare Mengen von Zellproteinen in die Polymer-Lipid-Vesikel injizieren.

„Wir schaffen damit, pro Sekunde bis zu 1000 Vesikel mit Proteinen zu beladen, zum Beispiel Proteine des Zellskeletts wie Aktin und Tubulin und das Transmembranprotein Integrin. Auf diese Weise erhalten wir innerhalb kurzer Zeit genügend Vesikel für biologische oder medizinische Analysen“, erklärt Spatz. Anschließend entfernen die Wissenschaftler die Tensid-Hülle und überführen die Lipidvesikel in wässrige Lösung. So können diese dann beispielsweise mit Zellen in Kontakt treten.

Die neue Technik befördert nicht nur die Entwicklung künstlicher Zellen, wie sie die Synthetische Biologie und in Deutschland das Forschungsnetzwerk MaxSynBio der Max-Planck-Gesellschaft vorantreibt. Sie stellt auch ein einfacher und schneller produzierbares Modellsystem zur Verfügung, an dem sich die Wechselwirkung mit Signalmolekülen, anderen Zellen oder auch Viren untersuchen lässt.

An dem Projekt waren Forscher der Max-Planck-Institute für medizinische Forschung in Heidelberg, für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen, für Dynamik komplexer technischer Systeme in Magdeburg und für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam sowie der Universitäten in Heidelberg, Jena, Magdeburg und Bordeaux beteiligt.

Originalveröffentlichung:
Sequential bottom-up assembly of mechanically stabilized protocells by microfluidics.
Marian Weiss, Johannes Patrick Frohnmayer, Lucia Theresa Benk, Barbara Haller, Jan-Willi Janiesch, Thomas Heitkamp, Michael Börsch, Rafael B. Lira, Rumiana Dimova, Reinhard Lipowsky, Eberhard Bodenschatz, Jean-Christophe Baret, Tanja Vidakovic-Koch, Kai Sundmacher, Ilia Platzman, and Joachim P. Spatz
Nature Materials; 17 October, 2017

Kontakt:
Prof. Dr. Joachim P. Spatz
Tel. +49 711 689-3610
E-Mail: jspatz@mpimf-heidelberg.mpg.de

Elisabeth Fuhry
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Telefon: +49 6221 486-324
E-Mail: elisabeth.fuhry@mpimf-heidelberg.mpg.de

Dr. Harald Rösch | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Weitere Berichte zu: Hülle Lipidschicht Max-Planck-Gesellschaft Membran Proteine Tröpfchen Vesikel Zellen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Darmbakterien das Herzinfarktrisiko beeinflussen
10.12.2018 | Berliner Institut für Gesundheitsforschung / Berlin Institute of Health (BIH)

nachricht Neues über ein Pflanzenhormon
07.12.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue Methode verpasst Mikroskop einen Auflösungsschub

Verspiegelte Objektträger ermöglichen jetzt deutlich schärfere Bilder / 20fach bessere Auflösung als ein gewöhnliches Lichtmikroskop - Zwei Forschungsteams der Universität Würzburg haben dem Hochleistungs-Lichtmikroskop einen Auflösungsschub verpasst. Dazu bedampften sie den Glasträger, auf dem das beobachtete Objekt liegt, mit maßgeschneiderten biokompatiblen Nanoschichten, die einen „Spiegeleffekt“ bewirken. Mit dieser einfachen Methode konnten sie die Bildauflösung signifikant erhöhen und einzelne Molekülkomplexe auflösen, die sich mit einem normalen Lichtmikroskop nicht abbilden lassen. Die Studie wurde in der NATURE Zeitschrift „Light: Science and Applications“ veröffentlicht.

Die Schärfe von Lichtmikroskopen ist aus physikalischen Gründen begrenzt: Strukturen, die näher beieinander liegen als 0,2 tausendstel Millimeter, verschwimmen...

Im Focus: Supercomputer ohne Abwärme

Konstanzer Physiker eröffnen die Möglichkeit, Supraleiter zur Informationsübertragung einzusetzen

Konventionell betrachtet sind Magnetismus und der widerstandsfreie Fluss elektrischen Stroms („Supraleitung“) konkurrierende Phänomene, die nicht zusammen in...

Im Focus: Drei Nervenzellen reichen, um eine Fliege zu steuern

Uns wirft so schnell nichts um. Eine Fruchtfliege kann dagegen schon ein kleiner Windstoß vom Kurs abbringen. Drei große Nervenzellen in jeder Hälfte des Fliegenhirns reichen jedoch aus, um die Fliege mit Hilfe visueller Signale wieder auf Kurs zu bringen.

Bewegen wir uns vorwärts, zieht die Umwelt in die entgegengesetzte Richtung an unseren Augen vorbei. Drehen wir uns, verschiebt sich das Bild der Umwelt im...

Im Focus: Researchers develop method to transfer entire 2D circuits to any smooth surface

What if a sensor sensing a thing could be part of the thing itself? Rice University engineers believe they have a two-dimensional solution to do just that.

Rice engineers led by materials scientists Pulickel Ajayan and Jun Lou have developed a method to make atom-flat sensors that seamlessly integrate with devices...

Im Focus: Drei Komponenten auf einem Chip

Wissenschaftlern der Universität Stuttgart und des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT gelingt wichtige Weiterentwicklung auf dem Weg zum Quantencomputer

Quantencomputer sollen bestimmte Rechenprobleme einmal sehr viel schneller lösen können als ein klassischer Computer. Einer der vielversprechendsten Ansätze...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Eine Norm für die Reinheitsbestimmung aller Medizinprodukte

10.12.2018 | Veranstaltungen

Fachforum über intelligente Datenanalyse

10.12.2018 | Veranstaltungen

Plastics Economy Investor Forum: Treffpunkt für Innovationen

10.12.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Klein und vielseitig: Schlüsselorganismen im marinen Stickstoffkreislauf nutzen Cyanat und Harnstoff

10.12.2018 | Studien Analysen

Ungesundes Sitzen vermeiden: Stuhl erkennt Sitzposition und motiviert zur Änderung der Körperhaltung

10.12.2018 | Energie und Elektrotechnik

Eine Norm für die Reinheitsbestimmung aller Medizinprodukte

10.12.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics