Forscher der Universität Tel Aviv haben eine neue Technologie entwickelt, die eine kontrollierte Einkapselung und Freisetzung von Molekülen durch Einwirkung von UV-Licht ermöglicht.
Die effiziente Verkapselung von Molekülen gilt als große technologische Herausforderung, sagen die Forscher. Die neue Technologie, die eine effiziente Verkapselung und eine hohe Beladungskapazität von Molekülen ermöglicht, könnte diesen Bedarf decken. Die Forscher schätzen, dass die Technologie zur Weiterentwicklung von Verabreichungssystemen für die kontrollierte Freisetzung von Biomolekülen und Arzneimitteln im Körper durch äußere Reize unter Verwendung von Licht führen wird.
Die Forschung wurde von Ph.D. Student Itai Katzir und betreut von Dr. Ayala Lampel von der Shmunis School of Biomedicine and Cancer Research an der Wise Faculty of Life Sciences der Universität Tel Aviv. Die Studie wurde in veröffentlicht ACS Angewandte Materialien und Grenzflächen.
Die Forscher erklären, dass die neue Technologie von viralen Kompartimenten inspiriert ist, die vom Masernvirus gebildet werden. Nach der Infektion der Wirtszelle bildet das Virus Kompartimente, die alle Reaktionen beherbergen, die an der Bildung neuer Viruspartikel beteiligt sind, ein Prozess, der diesen Kompartimenten ihren Namen gibt: Virusfabriken. Jüngste Studien zeigen, dass diese viralen Fabriken tatsächlich dynamische und flüssigkeitsähnliche Strukturen sind, die innerhalb der Wirtszelle durch einen Prozess gebildet werden, der als Flüssig-Flüssig-Phasentrennung bezeichnet wird.
Inspiriert von dem viralen Protein, das für die Bildung dieser Fabriken verantwortlich ist, entwarfen die Forscher ein Peptid (kurz minimalistisches Protein), das Kompartimente bildet, die viralen Fabriken zur Einkapselung von Biomolekülen ähneln. Darüber hinaus bauten die Forscher ein einzigartiges Element in die Peptidsequenz ein, das eine Kontrolle der Einkapselung und Freisetzung von Molekülen durch Bestrahlung der Kompartimente mit UV-Licht ermöglicht.
Dr. Lampel erklärt: „Unser Ziel war es, flüssigkeitsähnliche Kompartimente aus einem Komplex von Peptid- und RNA-Molekülen zu konstruieren, die eine effiziente Verkapselung verschiedener Biomoleküle ermöglichen und gleichzeitig ihre native Struktur beibehalten. Das entworfene Peptid und die RNA bilden flüssigkeitsähnliche Kompartimente, die Viren ähneln Fabriken.“
„Wir haben diese Kompartimente stimuliresponsive weiterentwickelt, indem wir eine Schutzgruppe in die Peptidsequenz eingebaut haben, die nach UV-Bestrahlung gespalten wird. Das Peptid mit der photospaltbaren Schutzgruppe bildet Kompartimente mit RNA, die im Vergleich zu Kompartimenten eine höhere Verkapselungseffizienz für verschiedene Moleküle aufweisen ohne die Schutzgruppe. Wir haben gezeigt, dass wir die Freisetzung von eingekapselten Biomolekülen kontrollieren können, indem wir die Kompartimente UV-Licht aussetzen und die Schutzgruppe freisetzen.“
„Eine weitere einzigartige Eigenschaft dieses Systems ist die hohe Permeabilität und Beladungskapazität der eingekapselten Moleküle, die in Teilen der aktuellen Technologien begrenzt ist. Somit eröffnet diese Technologie Möglichkeiten für biomedizinische und biotechnologische Anwendungen, einschließlich Einkapselung, Abgabe und Freisetzung von Arzneimitteln, Proteinen , Antikörper oder andere therapeutische Moleküle“, ergänzt Dr. Lampel.
Mehr Informationen:
Tlalit Massarano et al, Raumzeitliche Kontrolle der Melaninsynthese in Flüssigkeitstropfen, ACS Angewandte Materialien und Grenzflächen (2022). DOI: 10.1021/acsami.1c21006