01.11.2018 - Tohoku University

Einfache Massenproduktion von riesigen Vesikeln aus einem porösen Silikonmaterial

Eine Technik zur Erzeugung großer Mengen an Dispersionen von riesigen Vesikeln (Liposomen) wurde entwickelt. Bei dieser Technik wird ein Lipid an ein poröses Silikonmaterial adsorbiert, das einem "Marshmallow-ähnlichen Gel" ähnelt, und dann wie ein Schwamm durch Tränken mit einer Pufferlösung ausgedrückt.

Diese Arbeit wurde von Dr. Gen Hayase (Assistant Professor) vom Tohoku University Frontier Research Institute for Interdisciplinary Sciences und Dr. Shinichiro Nomura (Associate Professor) von der Graduate School of Engineering Robotics, Department of Robotics an der Tohoku University durchgeführt. Es wird erwartet, dass diese einfache Methode nicht nur als Werkzeug für die Zellforschung mit Riesenvesikeln, sondern auch für medizinische und kosmetische Zwecke eingesetzt wird.

Das Riesenvesikel (GV), ein Liposom aus einer Phospholipidmembran, hat eine lebenden Zellen ähnliche Struktur und ist mehrere Mikrometer groß. Aus diesem Grund wurde es für verschiedene biochemische Experimente wie die Einführung funktioneller Moleküle in lebende Zellen, aber auch in ein Gefäß aus künstlichen Zellen und molekularer Roboterforschung verwendet.

Viele Methoden wurden für die Herstellung von GV-Dispersionen vorgeschlagen, aber im Labor war das Verfahren zur Herstellung großer Mengen von mehreren hundert Millilitern auf einmal begrenzt. Im Jahr 2011 entdeckte Nomura, dass GVs durch Adsorption von Lipid in poröses Polydimethylsiloxan (PDMS) und Pressen in einer Pufferlösung erzeugt wurden.

Die praktische Entwicklung der GV-Generationsmethode und die Verbesserung ihrer Effizienz wird durch die Verwendung einer porenkontrollierten Silikonzusammensetzung erreicht, die ein flexibles makroporöses Material verwendet, das aufgrund seiner Konsistenz als "Marshmallow-like Gel" bezeichnet werden kann.

Die Mikrostruktur von MG besteht aus einem Skelett mit einem Durchmesser von mehreren Mikrometern und einer Porengröße von mehreren zehn Mikrometern, und die feine Skelettoberfläche weist eine glatte hydrophobe Qualität auf. Wenn MG Chloroform mit Phospholipiden absorbiert und im Vakuum getrocknet wird, wird angenommen, dass Phospholipide die hydrophobe Gruppe in Richtung der Porenseite des MG-Skeletts/Hydrophilie-Gruppe ausrichten.

Wird hier Pufferlösung imprägniert, bildet sich sofort GV in den Poren. Die GV-Dispersion kann entfernt werden, indem man dieses MG mit einer Pufferlösung auspresst. "Wir haben auch festgestellt, dass die hydrophile Molekülgruppe mit hoher Effizienz in GV aufgenommen werden kann, indem man dem Puffer nur im Voraus Moleküle zusetzt", sagt Dr. Hayase.

Als Demonstration wurde ein Marshmallow-ähnliches Gel mit Lipidimprägnierung in eine handelsübliche "Kaffeekanne" verpackt und gepresst; es wurde eine GV-Dispersion hergestellt. Da es möglich ist, GV auch mit einem so einfachen Verfahren zu erzeugen, wird erwartet, dass die Methode als Möglichkeit der GV-Generierung nützlich sein wird.

Das MG ist relativ einfach herzustellen, und es ist möglich, Vesikel mehrmals mit derselben Probe zu erzeugen. Diese Methode könnte sowohl als Werkzeug der künstlichen Zellforschung als auch für Anwendungen für medizinische und kosmetische Produkte nützlich sein, die vor Ort hergestellt werden können, wie z.B. DIY. Das Forschungsteam entwickelt nun eine einfachere MG-Herstellungsmethode, die in einem Jahr bekannt gegeben wird.

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