Een kunstmatig skelet voor kunstmatige cellen moet wetenschappers helpen om te bestuderen hoe menselijke cellen reageren op bepaalde krachten. Dergelijke kunstmatige cellen worden nu al vaak ingezet voor onderzoek naar geneesmiddelen en ziekten. Met het zogeheten cytoskelet voor kunstmatige cellen wil de TU Eindhoven (TU/e) de toepassingen voor onderzoek verbreden, aldus een artikel in Nature Chemistry.
Kunstmatige cellen kunnen worden gebruikt om biologische processen in cellen te bestuderen zonder dat er levende cellen nodig zijn. Veel kunstmatige cellen kunnen echter niet worden gebruikt om te bestuderen hoe cellen reageren op (externe) krachten, omdat ze niet beschikken over een cytoskelet. Reden voor onderzoekers van de TU/e om een op polymeren gebaseerd netwerk voor kunstmatige cellen te ontwerpen dat het cytoskelet nabootst.
Het cytoskelet heeft vergelijkbare functies als het menselijke skelet, dat onder meer dient voor structurele ondersteuning en voor de opslag van belangrijke mineralen. Het cytoskelet bestaat alleen niet uit botten, maar uit zogeheten microtubuli (lange polymeerbuizen van het tubuline-eiwit) en microfilamenten gemaakt van het actine-eiwit.
Concrete vergelijking lastig
Wetenschappers bestuderen kunstmatige cellen om beter inzicht te krijgen in de biologische werking van levende cellen. Zonder cytoskelet in kunstmatige cellen is het echter moeilijker om concrete vergelijkingen te maken over hoe echte cellen reageren op krachten, stelt Jan van Hest, hoogleraar aan de faculteit Chemical Engineering and Chemistry en de faculteit Biomedical Engineering.
Van Hest en zijn team aan de TU/e hebben daarom in samenwerking met het Max Planck Instituut in Erlangen (Duitsland) een cytoskelet ontworpen dat een kunstmatige cel vergelijkbare mechanische eigenschappen geeft als levende zoogdiercellen. Dit kunstmatige skelet is gemaakt met een polymeer op basis van polydiacetyleen (PDA).
Promovendus Sebastian Novosedlik (hoofdauteur van het Nature Chemistry-artikel) ontwierp het cytoskelet en voerde volgens Van Hest het meeste werk uit. Jochen Guck en Felix Reichel van het Max Planck Instituut boden een manier om de mechanische eigenschappen van individuele kunstmatige cellen betrouwbaar in real-time te testen.
Van Hest noemt PDA een uitstekend materiaal om een kunstmatig cytoskelet van te maken. “Het legt de belangrijkste aspecten van een natuurlijk cytoskelet vast, het bundelt zich om vezelachtige structuren te vormen die ongeveer even groot zijn als de filamenten in een natuurlijk cytoskelet, en het kan vervormen wanneer het wordt blootgesteld aan externe krachten.”
Realtime bestuderen
Met de techniek real-time deformability cytometry (RT-DC) werd bestudeerd hoe kunstmatige cellen met en zonder een cytoskelet vervormen als ze in een smal kanaal werden geduwd. Van Hest hierover: “Toen we een cytoskelet van PDA in de cellen opnamen, merkten we dat de vervorming van de cellen afnam. Met andere woorden, ze werden stijver. Bovendien bleek hun drukstijfheid – zoals gemeten aan de elasticiteitsmodulus – te lijken op die van bepaalde menselijke cellen.”
De groep wetenschappers wil als volgende stap nu de gecombineerde functionele en mechanische eigenschappen van hun systeem bestuderen wanneer cellen interageren met andere cellen.
