Μια μικροσκοπική βιοδιασπώμενη φυσαλίδα μπορεί να απομακρυνθεί από μια χημική ουσία μόνη της, χωρίς κινητήρα. Τα ζωντανά κύτταρα χρειάζονται σύνθετο μοριακό μηχανισμό για να το κάνουν αυτό.
Η ανακάλυψη των ερευνητών με επικεφαλής τη χημικό Daniela Wilson στο Radboud University, μαζί με συναδέλφους από το Durham University, αποτελεί ένα βήμα προς τεχνητά κύτταρα με ζωντανή συμπεριφορά και μακροπρόθεσμα θα μπορούσε να προσφέρει μια ενδιαφέρουσα προσέγγιση για αυτοκατευθυνόμενα σωματίδια στην στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων.
Η χημειοταξία στα κύτταρα
Η ικανότητα των ζωντανών κυττάρων να «μυρίζουν» τις χημικές ουσίες γύρω τους και να κινούνται προς την τροφή ή μακριά από τοξίνες ονομάζεται χημειοταξία. Η Wilson λέει: «Τα κύτταρα το κάνουν αυτό με περίπλοκο μηχανισμό: υποδοχείς στη μεμβράνη τους ανιχνεύουν το σήμα, και στη συνέχεια ένας εσωτερικός σκελετός αναδιαμορφώνει το κύτταρο ώστε να κινηθεί. Οι ερευνητές προσπαθούν εδώ και χρόνια να κατασκευάσουν τεχνητά σωματίδια που κάνουν το ίδιο. Μέχρι τώρα, σχεδόν όλα χρειάζονται επιπλέον εξαρτήματα, όπως ένζυμα ή καταλύτες προσκολλημένους στην επιφάνεια, που λειτουργούν σαν μικρός κινητήρας».
Στην έρευνά τους, που δημοσιεύθηκε στο Nature Chemistry, η Wilson και οι συνάδελφοί της ανακάλυψαν ότι μια πολύ απλή τεχνητή «φυσαλίδα» μπορεί να κινείται μόνη της, χωρίς κινητήρα.
Η Wilson εξηγεί:
«Είναι μια κούφια σφαίρα από ένα βιοδιασπώμενο πολυμερές, το PLA (πολυγαλακτικό οξύ), το ίδιο υλικό που χρησιμοποιείται στα απορροφήσιμα ράμματα. Η φυσαλίδα είναι περίπου 200 φορές μικρότερη από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας. Όταν υπάρχει περισσότερο γαλακτικό οξύ στη μία πλευρά, απομακρύνεται από αυτό. Το περίβλημά της κάνει και τις δύο δουλειές ταυτόχρονα: ανιχνεύει την παρουσία του οξέος και κάνει το σωματίδιο να απομακρυνθεί από αυτό».
Μια μικροσκοπική ροή
Αυτό οφείλεται στο εύκαμπτο περίβλημα της φυσαλίδας. Η χημικός εξηγεί:
«Στην πλευρά που βλέπει προς το οξύ, το γαλακτικό οξύ προσκολλάται στις αλυσίδες του πολυμερούς στο περίβλημα της φυσαλίδας. Οι αλυσίδες απλώνονται και εκτίθενται περισσότερο στο νερό γύρω τους. Έτσι οι δύο πλευρές της φυσαλίδας συμπεριφέρονται διαφορετικά απέναντι στο νερό. Αυτή η ανισορροπία δημιουργεί μια μικροσκοπική ροή κατά μήκος της επιφάνειας, που σπρώχνει τη φυσαλίδα μακριά από το οξύ».
Το φαινόμενο αυτό δεν εμφανίζεται σε άκαμπτες φυσαλίδες πολυστυρενίου. Η Wilson σημειώνει: «Αυτές οι άκαμπτες φυσαλίδες δεν μπορούν να αλλάξουν το περίβλημά τους και δεν παρουσιάζουν το φαινόμενο. Η συμπεριφορά αυτή είναι επομένως ειδική για τις φυσαλίδες PLA».
Προς τεχνητά κύτταρα και στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων
Η έρευνα δείχνει έναν νέο και πολύ απλό τρόπο να κινούνται μόνες τους τεχνητές κυστίδες.
«Αυτό μας βοηθά να κατανοήσουμε πώς μπορεί να προκύψει κίνηση από αλλαγές στη μοριακή μορφή, κάτι που αφορά και τον τρόπο κίνησης των κυττάρων. Μας φέρνει ένα βήμα πιο κοντά σε τεχνητά κύτταρα με ζωντανή συμπεριφορά».
Η Wilson προσθέτει:
«Μακροπρόθεσμα, τέτοια αυτοκατευθυνόμενα σωματίδια θα μπορούσαν να παρουσιάσουν ενδιαφέρον για τη στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων, βοηθώντας να φτάνουν τα φάρμακα με μεγαλύτερη ακρίβεια εκεί όπου χρειάζονται. Το γαλακτικό οξύ είναι ένα σχετικό βιολογικό σήμα, καθώς οι όγκοι και οι φλεγμαίνοντες ιστοί το παράγουν σε μεγάλες ποσότητες. Η εφαρμογή αυτή απέχει ωστόσο πολύ. Δεν έχουμε δοκιμάσει ακόμη τίποτα σε βιολογικό ή ιατρικό περιβάλλον, αλλά ανοίγει ενδιαφέρουσες δυνατότητες».