23.04.2019 - American Chemical Society (ACS)

Eine lichtaktivierte Fernbedienung für Zellen

Was wäre, wenn Ärzte eine Fernbedienung hätten, mit der sie die eigenen Zellen eines Patienten zu einer Wunde steuern könnten, um den Heilungsprozess zu beschleunigen? Obwohl ein solches Gerät noch weit von der Realität entfernt ist, haben Forscher, die in der ACS-Zeitschrift Nano Letters berichten, einen wichtigen ersten Schritt getan: Sie benutzten Nahinfrarotlicht und ein injiziertes DNA-Nanogerät, um Stammzellen zu einer Verletzung zu führen, die dem Muskelgewebe beim Nachwachsen bei Mäusen half.

Komplexe Signalwege koordinieren zelluläre Aktivitäten wie Bewegung, Proliferation und sogar Tod. Wenn Signalmoleküle beispielsweise an Proteine binden, die auf der Oberfläche einer Zelle Rezeptortyrosinkinasen genannt werden, lösen sie die Rezeptoren aus, um Paare zu bilden und sich gegenseitig zu phosphorylieren. Dieser Prozess kann andere Proteine aktivieren, die letztendlich dazu führen, dass sich eine Zelle bewegt oder wächst. Hong-Hui Wang, Zhou Nie und Kollegen fragten sich, ob sie Zellen, die dieses System neu verkabeln würden, mit einem Nanogerät ausstatten könnten, so dass die Rezeptoren durch Nahinfrarotlicht aktiviert würden, anstatt Moleküle zu signalisieren. Die Forscher wählten Nahinfrarot, weil es im Gegensatz zu ultraviolettem oder sichtbarem Licht durch lebendes Gewebe dringen kann. Das Team zielte auf eine Rezeptor-Tyrosinkinase namens MET, die für die Wundheilung unerlässlich ist.

Die Forscher entwickelten ein DNA-Molekül, das an zwei MET-Rezeptoren gleichzeitig binden kann, sie miteinander verbindet und aktiviert. Um das System auf Licht ansprechen zu lassen, hat das Team mehrere Kopien der DNA-Sequenz an Goldnanostäbchen angebracht. Wenn sie mit Nahinfrarotlicht beleuchtet werden, erwärmten die Nanostäbchen die DNA und gaben sie frei, so dass sie die Rezeptoren aktivieren konnte. Die Forscher injizierten die DNA-gebundenen Goldnanostäbchen in Mäuse an der Stelle einer Verletzung und strahlten für einige Minuten Nah-Infrarotlicht auf die Mäuse. Nach drei Tagen waren bei behandelten Mäusen mehr Muskelstammzellen in die Wunde gelangt als bei Kontrollmäusen. Die behandelten Mäuse zeigten auch erhöhte Anzeichen einer Muskelregeneration im Vergleich zu unbehandelten Mäusen.

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