Synthetische Polymere spielen in der Zellbiologie eine entscheidende Rolle: Sie dienen als Transportmittel für DNA und Medikamente, fungieren als Fluoreszenzsonden für die zelluläre Sensorik, fungieren als Biotinten für die Gewebezüchtung und ahmen biologische Funktionen nach (z. B. künstliche Antigen-präsentierende Zellen). Die Synthese von Polymeren in einer intrazellulären Umgebung bleibt jedoch eine Herausforderung, da die komplexen intrazellulären Bedingungen solche Reaktionen behindern oder unterdrücken können.
Anfang des Jahres hat das Team von Prof. Geng Jin am Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zwei innovative Methoden zur intrazellulären Polymerisation unter Verwendung von Lichtreizen für biomedizinische Anwendungen vorgestellt. Die Ergebnisse sind veröffentlicht In Naturprotokolle.
In dieser Studie demonstrierten die Forscher die Einleitung von Polymerisationsreaktionen, wie etwa der reversiblen Additions-Fragmentierungs-Kettenübertragung oder der radikalischen Polymerisation, indem sie hochgradig biokompatible Monomere in lebende Zellen einführten und eine Photoaktivierung nutzten.
Sie fanden heraus, dass die Lichtinitiierung eine präzise räumliche und zeitliche Kontrolle des Polymerisationsprozesses ermöglicht, mit schneller Reaktionskinetik und guter Biokompatibilität. Die Synthese makromolekularer Polymere mit verschiedenen Strukturen kann innerhalb weniger Minuten (normalerweise 5–10 Minuten, abhängig von der Wellenlänge) erreicht werden, wodurch der Zellstress minimiert und die Denaturierung des Zellinhalts vermieden wird.
Im Vergleich zu alternativen Methoden verfügt der vorgeschlagene Ansatz über das Potenzial, verschiedene Zellfunktionen wie Motilität, Differenzierung, Proliferation und Zell-Zell-Interaktionen zu modulieren, und stellt somit einen vielversprechenden Ansatz für therapeutische Eingriffe dar.
Das Protokollpapier fasst die technischen Details zweier Methoden zur Erzielung einer intrazellulären Polymerisation zusammen: konventionelle Photopolymerisation über freie Radikale und photoinduzierte Elektronen-/Energietransfer-reversible Additions-Fragmentierungs-Kettentransferpolymerisation. Es enthält außerdem Richtlinien für die Synthese und Isolierung von His-markierten intrazellulären Polymeren.
„Die Fähigkeit, maßgeschneiderte funktionelle Polymere in Zellen herzustellen, bringt uns modernen Therapiestrategien und innovativen Bioimaging-Methoden näher“, sagte Prof. Geng. „Unsere Studie könnte eine faszinierende Grenze im Bereich der Biomedizin darstellen und vielversprechend für zukünftige Entwicklungen sein.“
Weitere Informationen:
Mohamed Abdelrahim et al, Lichtvermittelte intrazelluläre Polymerisation, Naturprotokolle (2024). DOI: 10.1038/s41596-024-00970-8
Zur Verfügung gestellt vom Shenzhen Institute of Advanced Technology, Chinesische Akademie der Wissenschaften