‘Bezorgtrucks’ gemodelleerd naar de microben kunnen wetenschappers helpen om ziekten in het lichaam aan te pakken
Eencellig Dictyostelium discoideum amoeben (kleine stippen) verzamelen zich om grote, meercellige klodders te vormen. De microben kunnen reizen terwijl ze vracht vervoeren, waardoor ze nuttig zijn voor het bestuderen van precisiegeneeskunde.
Microben die worden ingeschakeld om kleine ladingen te vervoeren, reizen sneller met lading eraan dan alleen.
Dat is de verrassende bevinding van een onderzoek naar het draagvermogen van eencellige amoeben. De microben dienen als prototypes van microscopische “vrachtwagens” voor het leveren van medicijnen om ziekten in het menselijk lichaam nauwkeurig aan te pakken of om materiaal te verplaatsen voor minuscule bouwprojecten (SN: 30/09/20).
Onderzoekers testten het laadvermogen van de amoebe Dictyostelium discoideum met styreenballen variërend in grootte van 10 micron, ongeveer zo groot als een rode bloedcel, tot 90 micron. De ballen plakten spontaan aan de ruggen van de microben, die zelf slechts ongeveer 10 micron groot zijn.
In hun eentje dwalen de amoeben rond. Met een klein bolletje styreen eraan vast, ze bewegen snellerrapporteren de onderzoekers in een studie die verschijnt in Fysieke beoordeling toegepast. Het team kan niet precies zeggen wat het optimale draagvermogen van de amoeben is, maar ze bereikten hun hoogste snelheden met ladingen tussen de 30 en 60 micron in diameter – een indrukwekkende belasting voor de kleine microben.
“Voor ons was dit verrassend”, zegt biofysicus Carsten Beta van de Universiteit van Potsdam in Duitsland. De intuïtie van de onderzoekers was dat de microben met lading langzamer zouden bewegen dan zonder, “en dat hun verspreidingsefficiëntie zou [continuously] afnemen naarmate de vracht groter wordt”, zegt hij.
Beta en zijn team ontdekten ook dat de microben de ballen bewogen in bursts die in lengte toenamen voor steeds grotere ballen. Maar hoe groter de bal, hoe minder vaak de amoeben hem bewogen. Deze combinatie van effecten zorgt ervoor dat er een ideale plek is voor mobiele vrachtwagens, zoals Beta ze noemt, met relatief grote stappen die vaak genoeg voorkomen om de vrachtwagens te versnellen op weg naar het afleveren van medicijnen of microscopische bouwmaterialen.
“Uiteindelijk zal dit niet gedaan worden met Dictyostelium cellen, maar met amoeboïde cellen die intrinsiek aanwezig zijn in het menselijk lichaam”, zoals witte bloedcellen, zegt Beta. Ondertussen maken de amoeben handige laboratoriumanalogen.
“Deze resultaten zijn verhelderend”, zegt werktuigbouwkundig ingenieur Bahareh Behkam van Virginia Tech, die celgebaseerde microrobots bestudeert, maar geen deel uitmaakte van het onderzoek. “Het zou interessant zijn om te zien hoe ze kunnen veranderen als de eigenschappen van de deeltjes veranderen.”
Dat is wat Beta vervolgens hoopt te doen door te onderzoeken hoe het de microben vergaat met het dragen van andere vormen dan bollen. Hij is ook van plan om de bewegingen van de amoeben te sturen, misschien door ze te lokken met chemische sporen, in plaats van ze willekeurig te laten ronddwalen. Beide zaken zijn belangrijk om ervoor te zorgen dat nuttige lading op de juiste plek terechtkomt.
“Biohybride systemen, zoals beschreven in dit werk… zullen veilig en intelligent zijn en kunnen fungeren als cellulaire chirurgen die veilig toegang krijgen tot de momenteel ontoegankelijke delen van het menselijk lichaam en gerichte therapie mogelijk maken”, zegt Behkam.
