Het plaatje is bedoeld om te laten zien hoe een aptameer (een stukje DNA of RNA) het molecuul trombine oppakt en weer loslaat (afb: univ.v.Arizona)

Onderzoekers van de universiteit van Arizona hebben een methode ontwikkeld, waarbij, met behulp van een geleiachtige stof, moleculen bij ‘kop en kont’ worden gepakt en op de juiste plaats weer worden afgeleverd, je zou kunnen zeggen een chemische sorteermachine of beter gezegd scheikundige molecuulbezorging, die zijn/haar nut zou kunnen hebben in de (bio)chemische analyse.

In levende systemen wordt die ‘begeleiding’ veelvuldig toegepast. Bepaalde eiwitten, zoals chaperonnes, begeleiden andere moleculen en leveren ze te bestemder plekke af. Je zou zo’n chaperonne een chemisch pincet kunnen noemen. Dat soort processen komt veel voor, onder veel meer in de fotosynthese en bij het overbrengen van signalen van zenuwcellen. OnderzoeksterXimin He en haar medeonderzoekers imiteerden de natuur in het sorteren, vangen, transporteren en weer vrijlaten van moleculen. He: “Biologische systemen gebruiken een terugkoppeling als een wezenlijke component van efficiënte handeling. Zo’n terugkoppeling wordt bij het ontwikkelen van nieuwe materiaalsystemen echter niet gebruikt.” Ze vindt dat we moeten leren dergelijke mechanismen te gebruiken bij het ontwikkelen van nieuwe materialen. “Bij dit onderzoek combineren we aanpasbare functionaliteit en terugkoppeling.”
Zelfmeting en zelfsturing is eigen aan levende systemen, waar chemische energie moeiteloos wordt om gezet in mechanische en omgekeerd. De energetische omzettingen zijn cruciaal voor de zelfsturing en de overlevingskans van een organisme. De werking van spieren is daar een voorbeeld van. Biochemici zouden de trucs best na willen doen, maar dat blijkt nog niet eenvoudig. Synthetische materialen, bijvoorbeeld, werken een kant op. Of ze zetten chemische energie om in mechanische of omgekeerd. Ze zijn qua chemisch repertoire ook beperkt.
Wat He en haar medeonderzoekers hebben ontwikkeld ziet er veelbelovender uit. Daarbij gaat het om het oppikken en transporteren van zeer bepaalde moleculen uit ‘complexe’ oplossingen. De methode zou snel zijn en toepasbaar op een hele reeks biologische en biomedische terreinen, waarbij het scheiden van stoffen in het geding is. De methode van He zou zelfstandig kunnen functioneren, waarbij het de zelfsturing uit de natuur nabootst middels een terugkoppelingsmechanisme. Daardoor zou het systeem heel effectief en betrouwbaar zijn, zonder dat er van buiten allerlei hulpmiddelen aan te pas hoeven te komen als licht, magneten of elektrische velden.

De ‘ziel’ van het scheidingssysteem is een hydrogel, een polymeer dat veel water op kan nemen en dat wel wat weg heeft van natuurlijk weefsel. Hydrogels worden bijvoorbeeld ook gebruikt voor het ‘beeldhouwen’ van gekweekte organen, bij wijze van skelet. Sommige hydrogels hebben een aanpasbare gevoeligheid voor hun omgeving, zoals veranderingen in temperatuur, zuurgraad (pH) of concentratie van een bepaalde verbinding. In reactie daarop zet de gel uit of krimpt in, hetgeen, onder de juiste omstandigheden, de binding of het vrijlaten van een bepaald molecuul veroorzaakt (zie plaatje).
Bij het huidige onderzoek werd een chemomechanisch systeem ontworpen waarbij verbindingen (specifieke stukjes, DNA, RNA of eiwitten, die aptameren worden genoemd) gebruikt werden die het menselijke enzym trombine ‘herkennen’. Die werden gebruikt om om microscopische kleine zuiltjes te bedekken in een pH-gevoelige hydrogel. Veranderingen in de zuurgraad leiden tot krimp of uitzetting van de gel, hetgeen resulteert in het transport van trombine van minder zure omgeving naar een nog zuurdere omgeving. Daarbij speelt ook een rol dat  het aptameer in kwestie, de drager van het trombine, denatureert in een zuurdere omgeving, waardoor het vrijlaten van het trombine in die zuurdere omgeving, al in gang gezet door de krimp van de hydrogel, nog eens wordt versneld. Het systeem bleek goed te werken en het is ook omkeerbaar met, in dit geval, de pH als regel’knop’.

Bron: Science Daily