(a) De kritische aggregatieconcentratie (CAC) van Mito-AZB in PBS-buffer (pH 7,4) werd bepaald onder zowel niet-bestraalde omstandigheden als bij blootstelling aan 365 nm licht. Steady-state fluorescentiespectra werden opgenomen met behulp van Nile Red bij een emissiegolflengte van 645 nm, en de CAC werd gekwantificeerd op basis van de kalibratiegrafiek afgeleid van de emissiespectra. ( b ) TEM-beeld van Mito-AZB na 24 uur roeren van PBS-buffer en morfologische verandering van Mito-AZB-assemblage bij afwisselende bestraling bij respectievelijk 365 nm en 450 nm gedurende 10 minuten. Credit: Nano-brieven (2025). DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c04030
Er is een nieuwe technologie ontwikkeld die licht van verschillende golflengten gebruikt om cellulaire functies te controleren door omkeerbare assemblage en demontage van moleculen te induceren. Deze doorbraak zou de weg kunnen vrijmaken voor nieuwe benaderingen bij de behandeling van oppervlakkige kankers, zoals huidkanker, en zou ook kunnen dienen als een krachtig moleculair hulpmiddel voor fundamenteel levenswetenschappelijk onderzoek.
Een onderzoeksteam onder leiding van professor Ryu Ja-Hyoung van de afdeling scheikunde van UNIST heeft een fotoschakelbaar molecuul ontwikkeld, genaamd Mito-AZB, dat in staat is herhaaldelijk te assembleren en te demonteren als reactie op specifieke lichtgolflengten.
De bevindingen werden gepubliceerd in Nano-brieven.
Dit molecuul richt zich specifiek op de mitochondriën in cellen en oefent gecontroleerde mechanische spanning uit op de mitochondriale membranen door middel van herhaalde cycli van montage en demontage.
Wanneer ze worden blootgesteld aan zichtbaar licht bij 450 nm, assembleren de moleculen zich tot een robuuste vezelachtige structuur, waardoor fysieke spanning wordt uitgeoefend op het mitochondriale membraan. Omgekeerd vallen de vezels bij bestraling met ultraviolet licht bij 350 nm uiteen.
Dit cyclische proces beschadigt het mitochondriale membraan, waardoor pro-apoptotische factoren in het cytoplasma vrijkomen en uiteindelijk apoptose wordt geïnduceerd, een vorm van geprogrammeerde celdood.
Experimentele resultaten toonden aan dat, na behandeling met het molecuul en afwisselende blootstelling aan UV en zichtbaar licht, het mitochondriale membraanpotentieel instortte en de niveaus van reactieve zuurstofsoorten en apoptose-gerelateerde eiwitten in de cellen enorm toenamen. Fluorescentiemicroscopie bevestigde de accumulatie van de moleculen rond de mitochondriën, waardoor hun gerichte actie werd gevalideerd.
De ontwikkeling van Mito-AZB omvatte het combineren van drie sleutelcomponenten: een targetgroep die het molecuul naar de mitochondriën leidt, een azobenzeeneenheid die omkeerbare structurele veranderingen ondergaat bij bestraling met licht, en een fluorescerende kleurstof voor real-time visualisatie onder microscopie.
Door de mitochondriale targetingcomponent te vervangen door andere organelspecifieke moleculen, heeft het team het systeem met succes aangepast om zich te richten op lysosomen en het endoplasmatisch reticulum, wat de veelzijdigheid ervan aantoont bij het selectief verstoren van verschillende cellulaire organellen.
Professor Ryu legde uit: “Dit onderzoek toont aan dat externe lichtstimuli de moleculaire assemblagetoestanden in cellen nauwkeurig kunnen manipuleren en de cellulaire reacties dienovereenkomstig kunnen moduleren.”
“Dergelijke technologie is veelbelovend voor de behandeling van oppervlakkige kankers zoals huidkanker door middel van gerichte, niet-invasieve lichttherapie. Bovendien biedt het een krachtig moleculair hulpmiddel voor fundamenteel onderzoek om organelfuncties tijdelijk te remmen of te activeren, waardoor ons begrip van cellulaire mechanismen wordt bevorderd.”
Meer informatie:
Sangpil Kim et al., Fotogereguleerde montage-demontage-dynamiek van interferentie met de integriteit van het organelmembraan, Nano-brieven (2025). DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c04030
Tijdschriftinformatie:
Nano-brieven
Geleverd door Ulsan Nationaal Instituut voor Wetenschap en Technologie