Je leest:

Nanoraket remt dankzij harige vacht

Nanoraket remt dankzij harige vacht

Temperatuurgevoelige sliertjes op het oppervlak zorgen voor controle over de snelheid

Auteur:

Geneesmiddelen moeten snel de juiste plek bereiken in het lichaam. Dat betekent gas geven, maar ook op tijd stoppen. Chemici van de Radboud Universiteit Nijmegen ontwikkelen een rem voor nanocapsules waar je geneesmiddelen in kunt verpakken. In Nature Chemistry beschrijven ze hoe een harige vacht de snelheid controleert.

Fantastic voyage boekcover
In de film Fantastic Voyage uit 1966 krimpen vijf mensen zodanig dat ze met een voertuig door de bloedbaan van een zieke wetenschapper kunnen gaan om hem te genezen.

Piepkleine voertuigen die zichzelf in elkaar zetten, een lading opnemen en brandstof verbruiken waardoor ze zich zelfstandig kunnen verplaatsen in een waterige omgeving die lijkt op het menselijk lichaam. Dat was ooit voer voor fantasten en schrijvers van science fiction, maar inmiddels weten we dat het mogelijk is. De laatste jaren zetten wetenschappers grote stappen op het gebied van dergelijke zelf-assemblerende micro- of nanocapsules in allerlei vormen.

Sommige daarvan zijn in staat om zichzelf voort te bewegen door stoffen uit de directe omgeving als brandstof te gebruiken. Denk aan suiker, water of waterstofperoxide die in levende cellen voorkomen.

Chemici van de Radboud Universiteit Nijmegen publiceerden enkele jaren geleden hun eerste versie van een ‘nanoraket’. Dit is simpel gezegd een holle nanocapsule – waar bijvoorbeeld een geneesmiddel in kan – met een deuk erin. In die deuk nestelt zich een katalysator die ervoor zorgt dat waterstofperoxide (H2O2) uit de omgeving wordt omgezet in water (H2O) en zuurstof (O2). Het gasvormige zuurstof ontsnapt uit de deuk, die tegelijkertijd als uitlaat fungeert, en stuwt daarmee de nanocapsule voort.

Lokken met brandstof

In tumorcellen en in ontstoken weefsel wordt meer waterstofperoxide geproduceerd dan in gezond weefsel. Dat kun je gebruiken om de nanocapsules naar de juiste plaats te lokken: ze volgen het spoor van hun brandstof. Een van de gedroomde toepassingen is dan ook om de nanocapsules in te zetten als minuscule koeriers om geneesmiddelen exact op de juiste plaats en het juiste moment in het lichaam af te geven.

Nanoraket met rem wilson imm ru
Impressie van de Nijmeegse nanoraket die nu ook kan remmen door de brandstoftoevoer te blokkeren.
IMM/Radboud Universiteit via D. Wilson

Zover is het nog (lang) niet. Maar onderzoeksleider Daniela Wilson, universitair docent bij het Institute for Molecules and Materials van de Radboud Universiteit Nijmegen, en haar collega’s hebben hun nanocapsules nu uitgebreid met een heuse rem. In Nature Chemistry laten ze zien hoe die rem werkt.

Waarom een rem? Het is toch de bedoeling dat de capsules zo snel mogelijk naar hun bestemming racen en daar hun lading afgeven? “Een remsysteem is belangrijk omdat we de beweging van de nanocapsule willen loskoppelen van de beschikbaarheid van brandstof”, legt Wilson uit. “We willen ervoor zorgen dat de capsule stopt met bewegen zodra de bestemming is bereikt, ook als er nog voldoende brandstof beschikbaar is. Daarom hebben we een rem nodig die op de andere signalen reageert.”

Warme tumoren

De rem is te vergelijken met een harige vacht. De haren zijn lange, beweeglijke sliertjes die chemisch gekoppeld zijn aan het oppervlak van de nanocapsule. Die sliertjes bestaan uit een temperatuurgevoelig materiaal: zodra de omgevingstemperatuur een bepaalde waarde bereikt, zijn ze niet meer goed oplosbaar. Ze gaan aan elkaar plakken en storten neer op het oppervlak van de nanocapsule. Hierdoor wordt ook de in-/uitlaat afgesloten en dat blokkeert de brandstoftoevoer. De nanocapsule komt tot stilstand. Maar dat proces is omkeerbaar. Zodra de temperatuur weer iets daalt, laten de sliertjes elkaar los en kan er weer brandstof naar binnen. De nanocapsule vervolgt zijn weg.

Tu wilson natchem fig5 uitsnede
De snelheid van de nanocapsules uitgezet tegen (veranderingen in) de temperatuur. De bovenste grafiek laat zien dat het remmen een omkeerbaar proces is, de nanocapsules kunnen meerdere malen afremmen en weer optrekken. In de onderste grafiek is te zien dat er een duidelijk omslagpunt is in de snelheid, zodra een kritische temperatuur wordt bereikt. Bij lagere temperatuur staan de haren van de vacht overeind en kan brandstof naar binnen. Wordt de temperatuur te hoog, dan vallen de haren neer en blokkert de brandstoftoevoer. De snelheid neemt direct af.

Hoe denkt Wilson de temperatuur te controleren van buitenaf? Dat hoeft misschien niet, zo blijkt. “Ziek weefsel, zoals tumoren of ontstoken weefsel, is net een paar graden warmer dan het gezonde, omringende weefsel”, aldus Wilson. Alle benodigde signalen voor het controleren van de nanocapsules zijn dus al aanwezig. Voor alle duidelijkheid: de nanocapsules zijn nog niet in levende cellen getest. Wilson is dan ook voorzichtig in de interpretatie. “Met dit ontwerp zijn we in theorie in staat om nanocapsules te maken die eerst in de richting van het zieke weefsel bewegen en daar vervolgens stoppen. Dit zal helpen om in de toekomst slimme nanocapsules te ontwerpen die zelfstandig de juiste weg vinden, op tijd remmen en ook nog in staat zijn hun lading goed af te geven.”

Bron:

  • Y. Tu, F. Peng, et al., Self-propelled supramolecular nanomotors with temperature-responsive speed regulation, Nature Chemistry (2016), doi:10.1038/nchem2674
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 13 december 2016

Discussieer mee

0

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

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE