Doorbraak in moleculaire techniek verhoogt orgaancomplexiteit via DNA-microkraaltjes en nauwkeurige signaalcontrole

AmsterdamEen nieuwe techniek in moleculaire engineering maakt het mogelijk om realistische organoïde weefselstructuren te creëren. Onderzoekers gebruiken microkorrels van speciaal gevouwen DNA om te reguleren hoe groeifactoren en signaalmoleculen in het weefsel vrijkomen. Deze methode helpt bij de ontwikkeling van geavanceerdere organoïden die sterk lijken op echt weefsel, zowel in structuur als in celopbouw.

De nieuwe techniek omvat het injecteren van DNA-microbolletjes in groeiende organoïden. Deze bolletjes dragen eiwitten of andere moleculen die vrijgelaten kunnen worden wanneer ze blootgesteld worden aan UV-licht. Deze methode biedt nauwkeurige controle over de timing en locatie van cruciale ontwikkelingssignalen binnen de weefsels. Het team, bestaande uit biologen, artsen, natuurkundigen en materiaalkundigen, toonde aan dat deze techniek werkt op netvliesorganoïden van de Japanse rijstvis medaka.

Belangrijke kenmerken van de techniek zijn onder andere:

• Nauwkeurige controle over de afgifte van groeifactoren en signaalmoleculen.
• Gerichte toediening binnen het ontwikkelende weefsel.
• Mogelijkheid om de natuurlijke celstructuur nauwkeuriger na te bootsen.
• Flexibiliteit in het transporteren van meerdere typen signaalmoleculen.

Vroeger was het onmogelijk om zulke niveaus van controle te bereiken. Onderzoekers moesten groeifactoren van buitenaf toevoegen, wat vaak ongewenste effecten veroorzaakte en de organoïden eenvoudiger maakte dan gewenst. De nieuwe methode zorgt ervoor dat groeifactoren in specifieke gebieden vrijkomen, wat leidt tot realistischer weefselontwikkeling. Dit biedt betere modellen voor het bestuderen van menselijke ziektes en ontwikkeling.

Onderzoekers hebben gebruik gemaakt van DNA-microbeads om Wnt-signaalmoleculen rechtstreeks af te leveren aan retina pigment-epitheelcellen naast neurale retinaweefsels. Traditionele methoden waarbij Wnt aan kweekmedia werd toegevoegd, veroorzaakten problemen doordat ze de ontwikkeling van neurale retina stopten. De gerichte afgifte via de microbeads leidde tot een preciezere celindeling die leek op de natuurlijke structuur van het visoog.

Deze methode helpt bij het creëren van organoïden die complexer en beter georganiseerd zijn. Deze geavanceerde organoïdemodellen versnellen onderzoek naar menselijke ontwikkeling en ziektes, wat het testen van medicijnen vereenvoudigt. Door de flexibiliteit om verschillende signaalmoleculen te gebruiken, is deze methode bruikbaar voor veel soorten weefsel.

Deze techniek kan veel meer beïnvloeden dan alleen fundamenteel onderzoek. Het zou de manier kunnen veranderen waarop we nieuwe medicijnen ontdekken en medische behandelingen op maat maken door betere menselijke weefselmodellen te creëren. Wetenschappers zien toepassingen in vakgebieden als toxicologie, pathologie en regeneratieve geneeskunde, waar nauwkeurige weefselmodellen cruciaal zijn.