Künstliche Kapseln aus natürlichen Bausteinen

Block-Copolymer-Vesikel aus Eiweiß- und Zuckerbausteinen

24.03.2009 - Frankreich

Die Basis aller Lebewesen sind Vesikel - membranumhüllte flüssigkeitsgefüllte „Bläschen“ aus Lipiden, Proteinen und Kohlenhydraten. Zellen, die durch ihre Zellmembran von der umgebenenden Matrix abgetrennt werden, sind letztlich große Vesikel. Kleine Vesikel spielen beim intrazellulären Transport von Biomolekülen eine entscheidende Rolle: Künstliche Vesikel wie Liposomen und Polymersomen nutzt man zum Transport von Wirkstoffen, etwa in Kosmetika und Pharmaka. Interessant sind sie auch als Mikroreaktoren, die das Verhalten lebender Zellen nachahmen sollen. Das gelänge noch besser, wenn die Vesikel aus natürlichen Bausteinen bestehen würden. Französischen Forschern ist es jetzt gelungen, Vesikel aus Eiweiß- und Zuckerbausteinen herzustellen. Wie Forscher um Sébastien Lecommandoux und Christophe Schatz von der Université de Bordeaux in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, knüpfen sie dazu blockweise Ketten aus Zuckermolekülen (Polysaccharide) linear an Eiweißketten (Polypeptiden). In Wasser bilden diese Block-Copolymere spontan Vesikel.

Die Forscher verwendeten Dextran, ein aus Glucose-Bausteinen aufgebautes Polymer, sowie Polybenzylglutamat (PBLG), ein biokompatibles Polypeptid. Über eine Reaktionsfolge, die als „Klick-Chemie“ bezeichnet wird, verknüpften sie diese Kettenmoleküle blockweise miteinander. Vorteil sind die besonders milden Reaktionsbedigungen, die fast quantitative Ausbeute und dass andere funktionelle Seitengruppen der Reaktionspartner die Reaktion nicht stören.

Die Wissenschaftlter stellten auf diese Weise Block-Copolymere mit einem eiweißartigen Polypeptidblock und einem Zuckerblock her. Das hydrophobe (wasserabweisende) Polypeptid nimmt eine helikale Konformation ein und lagert sich in wässriger Umgebung bevorzugt Seite an Seite mit Seinesgleichen. So entstehen membranartige Schichten, die sich zu kugelförmigen Vesikeln schließen. Auf beiden Seiten der künstlichen Membran knäueln sich die hydrophilen (wasserfreundlichen) Dextran-Ketten zu einer stabilisierenden „Korona“. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen etwa 21 nm dicke Membranen, die sehr einheitlich große Vesikel (etwa 45 nm Radius) umschließen.

Mit ihrer einfachen, vielseitigen Synthesestrategie wollen die Forscher noch andere künstliche Glycopeptide herstellen, die als Modellverbindungen für die Erforschung der zellulären Zuckerstrukturen (Glycomics) dienen könnten. Die Vesikel könnten eine neue Generation von Wirkstoff- und Gentransportern begründen, denn ihre Zuckerkorona bindet gut an die Glycoproteine auf der Oberfläche lebender Zellen. Die Vesikel ähneln zudem den Hüllen von Viren und sind ein erster Schritt zur Nachahmung der Virenmorphologie.

Originalveröffentlichung: Sébastien Lecommandoux; "Polysaccharide-block-polypeptide Copolymer Vesicles: Towards Synthetic Viral Capsids"; Angewandte Chemie 2009, 121, No. 14, 2610-2613

https://www.chemie.de/news/98673/kuenstliche-kapseln-aus-natuerlichen-bausteinen.html