Per la prima volta, un team interdisciplinare dell'Università di Basilea è riuscito a integrare organelli artificiali nelle cellule di embrioni viventi di zebrafish. Questo approccio innovativo che utilizza organelli artificiali come impianti cellulari offre un nuovo potenziale nel trattamento di una serie di malattie, come riportano gli autori in un articolo pubblicato su Comunicazioni sulla natura .

Nelle cellule degli organismi superiori, organelli come il nucleo o i mitocondri svolgono una serie di funzioni complesse necessarie per la vita. Nelle reti dello Swiss Nanoscience Institute e del NCCR "Molecular Systems Engineering", il gruppo guidato dalla professoressa Cornelia Palivan del Dipartimento di Chimica dell'Università di Basilea sta lavorando per produrre organelli di questo tipo in laboratorio, per introdurli nelle cellule, e per controllarne l'attività in risposta alla presenza di fattori esterni (es. variazione dei valori di pH o condizioni riduttive).

Questi impianti cellulari potrebbero, Per esempio, trasportano enzimi in grado di convertire un ingrediente farmaceutico in principio attivo e rilasciarlo "on demand" in condizioni specifiche. La somministrazione di farmaci in questo modo potrebbe ridurre notevolmente sia le quantità utilizzate che gli effetti collaterali. Consentirebbe di erogare il trattamento solo quando richiesto da cambiamenti associati a condizioni patologiche (ad es. un tumore).

Piccole capsule con un carico enzimatico

Gli organelli artificiali si basano su minuscole capsule che si formano spontaneamente in soluzione da polimeri e possono racchiudere varie macromolecole come gli enzimi. Gli organelli artificiali qui presentati contenevano un enzima perossidasi che inizia ad agire solo quando molecole specifiche penetrano nella parete delle capsule e supportano la reazione enzimatica.

Per controllare il passaggio di sostanze, i ricercatori hanno incorporato proteine ​​di membrana naturali modificate chimicamente nella parete delle capsule. Questi agiscono come porte che si aprono in base alla concentrazione di glutatione nella cellula.

A un basso valore di glutatione, i pori delle proteine ​​di membrana sono "chiusi" - cioè, nessuna sostanza può passare. Se la concentrazione di glutatione supera una certa soglia, il cancello proteico si apre e le sostanze dall'esterno possono passare attraverso il poro nella cavità della capsula. Là, vengono convertiti dall'enzima all'interno e il prodotto della reazione può lasciare la capsula attraverso il cancello aperto.

Efficace anche negli organismi viventi

In collaborazione con il gruppo guidato dal Professor Jörg Huwyler del Dipartimento di Scienze Farmaceutiche dell'Università di Basilea, gli organelli artificiali sono stati studiati anche in vivo. "Ora siamo stati in grado di integrare per la prima volta questi organelli artificiali controllabili nelle cellule di un organismo vivente, "dice Cornelia Palivan.

I ricercatori hanno scelto embrioni di zebrafish perché i loro corpi trasparenti consentono un eccellente monitoraggio degli impianti cellulari al microscopio quando sono contrassegnati con un colorante fluorescente.

Dopo che gli organelli artificiali sono stati iniettati, venivano "mangiati" dai macrofagi e quindi si facevano strada nell'organismo. I ricercatori sono stati quindi in grado di dimostrare che l'enzima perossidasi intrappolato all'interno dell'organello artificiale è stato attivato quando il perossido di idrogeno prodotto dai macrofagi è entrato attraverso le porte proteiche.

"In questo studio, abbiamo mostrato che gli organelli artificiali, che si ispirano alla natura, continuare a funzionare come previsto nell'organismo vivente, e che la porta proteica che abbiamo incorporato funziona non solo nelle colture cellulari ma anche in vivo, " commenta Toma Einfalt, il primo autore dell'articolo e laureato della Scuola di Dottorato dello Swiss Nanoscience Institute. L'idea di utilizzare organelli artificiali come impianti cellulari con il potenziale per produrre composti farmaceutici attivi, Per esempio, apre nuove prospettive per la terapia proteica orientata al paziente.