Je leest:

Een ‘click’ tussen synthetische en biologische polymeren

Een ‘click’ tussen synthetische en biologische polymeren

Auteur: | 25 februari 2008

De Nijmeegse onderzoeker Joost Opsteen ontwikkelde een nieuwe methode om polymeermoleculen op een gecontroleerde manier aan elkaar vast te maken. Met zijn zeer efficiënte en milde ‘klikchemie’ kan hij ook eiwitten aan nanobolletjes koppelen. Op die manier zouden bijvoorbeeld medicijnen in het lichaam getransporteerd kunnen worden. Opsteen promoveert vandaag aan de Radboud Universiteit op zijn onderzoek, dat gefinancierd werd door de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek, NWO.

Wie natuurlijke processen wil beïnvloeden kan daarvoor het best zijn toevlucht nemen tot natuurlijke moleculen. Chemici kunnen veel, maar de chemische ‘fabrieken’ in de natuur zijn nog altijd het best in staat functionele verbindingen te maken die bijvoorbeeld als geneesmiddel kunnen dienen. Het lastige van deze biopolymeren, zoals eiwitten en DNA, is dat ze zich niet altijd gemakkelijk laten hanteren.

Joost Opsteen bestuurde daarom bij de groep voor bio-organische chemie van de Radboud Universiteit of er een manier is om de biopolymeren te koppelen aan andere, synthetische polymeren. Dit leidt tot biohybride macromoleculen die het beste van twee werelden verenigen en waarvan men hoge verwachtingen heeft, zowel bij de ontwikkeling van medicijnen, als in bioengineering en in nanotechnologie. Het bio-deel geeft de macromoleculen de gewenste biologische functionaliteit, via het synthetische deel is het mogelijk er allerlei andere eigenschappen ‘in te bouwen’, bijvoorbeeld voor het transport in het lichaam.

Beeld: Radboud Universiteit

’Click’chemie

Uiteraard is het zaak dat bij het ‘samensmelten’ van synthetische en biologische polymeren de eigenschappen van beide delen behouden blijven. Vooral bij de biopolymeren is dat nog wel eens lastig. Die hebben over het algemeen veel ‘functionele’ groepen – dat zijn de delen van het molecuul die in staat zijn tot interactie met andere (biologische) moleculen. Die mogelijkheden moeten behouden blijven, en op die plaatsen moet dus geen koppeling met de synthetische moleculen plaatsvinden.

Joost Opsteen was daarom op zoek naar een reactie die niet alleen efficiënt is maar ook zeer selectief, dat wil zeggen kieskeurig over de plaats waar de polymeren aan elkaar koppelen. Hij vond deze bij Barry Sharpless, winnaar van de Nobelprijs voor de Scheikunde in 1991, werkzaam bij het gerenommeerde Scripps Research Institute in La Jolla (Verenigde Staten). De onderzoeksgroep van Sharpless is befaamd vanwege de ontwikkeling van methoden en technieken die bekend zijn geworden als ’click’chemie.

Clickchemie is precisiescheikunde. De te reageren stoffen worden zo gekozen dat ze maar op één manier op elkaar passen. Het is bovendien een schone techniek, waarbij geen bijproducten worden gevormd. Tenslotte vinden de reacties doorgaans bij een lage temperatuur plaats, waardoor de clickchemie geschikt is om reacties uit te voeren aan gevoelige biomoleculen als eiwitten.

Voor Joost Opsteen betekende de clickchemie een doorbraak in zijn onderzoekstraject, zo meldt de Radboud Universiteit op haar internetpagina’s. Opsteen paste een reactie toe die door de groep van Sharpless werd ontwikkeld als variant op een reactie die al meer dan een halve eeuw bekend is, de zogenaamde Huisgen 1,3-dipolaire cycloadditiereactie.

Het gaat om een doelgerichte koppeling tussen azides en alkynen, met koper als katalysator. Azides zijn moleculen met een N3 groep, alkynen beschikken over een driedubbele binding tussen twee koolstofatomen. Volgens de Nobelprijswinnaar gaat het om één van de meest betrouwbaar processen in de clickchemie, met een “ongeëvenaarde mate van selectiviteit, betrouwbaarheid en reikwijdte voor organisch synthetische inspanningen waarbij het gaat om de vorming van covalente bindingen tussen verschillende bouwstenen.”

Nanobolletjes

Opsteen ontwikkelde op basis van deze reactie een manier om synthetische en biologische polymeren op gecontroleerde wijze aan elkaar te koppelen. De benodigde azide- en alkyngroepen plakte hij aan de uiteinden van de polymeerketens. Met koper als katalysator wist hij vervolgens synthetische polymeren aan elkaar én aan eiwitten te koppelen.

Een slimme volgende stap was het gebruik van polymeren die de eigenschap hebben om in water nanobolletjes te vormen; zogenaamde polymeersomen (naar analogie aan liposomen). Zulke bolletjes zijn bijvoorbeeld te gebruiken om medicijnen in het lichaam te transporteren. Opsteen slaagde er in ook hier de clickchemie toe te passen waardoor het mogelijk werd om eiwitten aan deze bolletjes vast te maken. Dit zou onder andere gebruikt kunnen worden om de bolletjes naar de juiste plaats in het lichaam te sturen.

Uit polymeren met aan het uiteinde een azide-groep maakte Joost Opsteen nanobolletjes (boven). De azide-groepen zitten aan de buitenkant van de bolletjes zodat deze via clickchemie goed te koppelen zijn met eiwitten (in blauw weergegeven) die over een alkyn-groep beschikken. Beeld: Radboud Universiteit

Dit artikel is een publicatie van Radboud Universiteit Nijmegen.
© Radboud Universiteit Nijmegen, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 25 februari 2008

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.