1. Plastic cel in de maak
Ruud Peters en prof. Jan van Hest
Bio-organische chemie
Radboud Universiteit Nijmegen
1

2. Levende cellen als inspiratie
Complex netwerk van enzymen en
metabolieten reguleert de werking van de
cel.
Verschillende soorten subcompartimenten
(organellen) met elk een eigen functie.
Compartimenten kunnen incompatibele
enzymen of omgevingen ruimtelijk van
elkaar scheiden.
Begrijpen waarom de cel deze
structuur heeft
Gebruiken van deze structuren voor
biomedische toepassingen
2
http://medicalpicturesinfo.com/eukaryotic/

3. Richting kunstmatige compartimenten
Organellen worden omgeven door een membraan van phospholipiden.
Polymeren kunnen een soortgelijk membraan vormen, maar bieden meer
opties tot aanpassing en zijn robuuster.
Geschikt voor het insluiten van medicijnen, eiwitten en DNA.
3
http://www.terrapsych.com/cell.gif

4. Richting kunstmatige compartimenten
Organellen worden omgeven door een membraan van phospholipiden.
Polymeren kunnen een soortgelijk membraan vormen, maar bieden meer
opties tot aanpassing en zijn robuuster.
Geschikt voor het insluiten van medicijnen, eiwitten en DNA.
4
Phospholipiden
500 – 700 Dalton
3-5 nm
Polymeren
5.000 – 10.000 Dalton
~ 20 nm

5. Nanoreactoren
Organellen kunnen een beschermende rol hebben voor hun inhoud, terwijl
deze wel zijn functie behoudt.
Net als in organellen, zitten enzymen vast in de polymere capsules, terwijl
kleine moleculen er wel in en uit kunnen.
 Nanoreactor
5
ProductSubstraat 500 nm
Electronen microscopie

6. Capsules remmen de afbraak van ingesloten enzym, waardoor het langer
werkt in een cel.
Minder vaak toedienen van enzymen
Cellen nemen de capsules op door een speciaal peptide op het oppervlak.
Plastic organellen in cellen
6
Enzymen
Peptide voor
opname
Cel Kunstmatig
organel

7. Een werkend plastic organel
Opname in cellen wordt zichtbaar gemaakt met een fluorescente stof in de
capsule. Zonder peptide is er ook geen opname.
Een model enzym in het organel blijft veel
langer actief dan het losse enzym alleen.
7
+peptide -peptide

8. Plastic cellen
8
Kunstmatige organellen kunnen worden omringd door een membraan om zo
een structuur te maken die op de cel en zijn organellen lijkt.

9. Simpele functies toevoegen
Zowel in het cytoplasma van de cel, als in de organellen vinden reacties
plaats waarbij metabolieten van het ene naar het andere compartiment gaan.
Een drie staps kettingreactie dient als model systeem voor zulke reacties,
waarbij het enzym voor iedere stap zich in een ander compartiment bevindt.
9

10. Incompatibele enzymen scheiden
10
Peters et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2014
10

11. Plastic cel in actie
11
T= 0 h T= 8 h T= 33 h
Brightfield
14

12. Samenvatting & perspectief
Toepassen van de kunstmatige organellen om biologisch relevante
processen in cellen te herstellen, verbeteren of toe te voegen.
Dynamische celachtige structuren maken die reageren op veranderingen in
hun omgeving of in hun eigen energie kunnen voorzien.
12
Enzymen
Peptide voor
opname
Cel Kunstmatig
organel

13. Dankwoord
Prof. Jan van Hest
Dr. Stijn van Dongen
Prof. Roeland Nolte
Dr. Wouter Verdurmen
Prof. Roland Brock
Dr. Maïté Marguet, Universiteit van Bordeaux
Prof. Sebastien Lecommandoux, Universiteit van Bordeaux
Referenties:
S. F. M. Van Dongen, W. P. R. Verdurmen, R. J. R. W. Peters, R. J. M. Nolte, R. Brock, J. C. M. van Hest,
Angew. Chemie Int. Ed. 2010, 49, 7213 –7216.
R. J. R. W. Peters, M. Marguet, S. Marais, M. W. Fraaije, J. C. M. van Hest, S. Lecommandoux, Angew.
Chemie Int. Ed. 2014, 53, 146–150.
13