‘Uien’ als medicijnverpakking

In 2010 bereikten onderzoekers van de Universiteit van Pennsylvania, onder leiding van chemicus Virgil Percec, een grote doorbraak. Ze maakte bolletjes van een klasse moleculen genaamd dendrimeren: moleculen met een structuur als de takken van een boom. In water vormen de dendrimeren spontaan een membraan, met als resultaat een bolletje van tientallen nanometers groot. De bolletjes bleken stabiel en allemaal van dezelfde grootte. Het onderzoek leverde hen een publicatie op in het gerenommeerde wetenschapsblad Science.

Nu heeft hetzelfde team een makkelijke manier gevonden om bolletjes te maken die uit meerdere lagen membranen bestaan, vergelijkbaar met de lagen van een ui. Ook is de diameter van de bolletjes vooraf te voorspellen, schreven ze onlangs in het tijdschrift Proceedings of the National Adacemy of Sciences.

Bescherming

Cellen hebben een vliesje om hun inhoud nodig om het dna en de eiwit-machinerie te beschermen tegen ziekteverwekkers en giftige stoffen die willen binnendringen. In cellen bestaat dit celmembraan uit vetachtige moleculen genaamd lipiden. In water gaan lipiden spontaan naast elkaar liggen om twee lagen te vormen, een zogenaamde bilaag. Daarbij richten de koppen, die van water houden, zich naar buiten. De staarten, die water afstoten, draaien naar binnen (zie plaatje in onderstaand kader).

De meeste cellen nemen genoegen met slechts één zo’n dubbellaags celmembraan. Maar er zijn ook cellen en onderdelen van cellen die meerdere bilagen hebben. Een voorbeeld zijn gram-negatieve bacteriën die voorzien zijn van een dubbele bilaag. Ook de myelineschede, een vettige stof die in het zenuwstelsel de uitlopers van zenuwcellen omhult, bestaat uit een dubbele lipidenlaag die meerdere keren om de uitlopers is gerold.

Medicijnen verpakken

Een toekomstige toepassing van de ui-achtige bolletjes is het verpakken van medicijnen. Veel medicijnen zijn namelijk niet oplosbaar in water en moeten verpakt worden om door de bloedstroom te kunnen zweven. Dankzij de stabiliteit die de meerdere dubbellaagse membranen opleveren, zijn de ui-achtige bolletjes hiervoor geschikt.

“Als je een enkel medicijn in de loop van twintig jaar tijd wil afleveren, kan je eraan denken om steeds één dosis van het medicijn in elke laag stoppen, zodat het vrijkomt over de tijd”, zegt Percec. Deze structuur biedt ook mogelijkheid om een cocktail van medicijnen in de verschillende lagen te stoppen. “Je kan het ene medicijn in de ene laag stoppen, een ander medicijn in de tweede laag en ga zo maar door.” De verschillende stoffen in de cocktail komen dan opeenvolgend vrij. Onderzoek naar dit concept zet zich de komende jaren voort.