Vesikel Herstellung einheitlicher Vesikel mit Mikrofluidik

Japanische Forscher haben eine neue Methode entwickelt, um unilamellare Vesikel mit einheitlicher Größe schnell herzustellen.

Anbieter zum Thema

MembraPure GmbH

S.T. Japan-Europe

YMC Europe GmbH

Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Tokio/Japan – In Kosmetika schleusen Lipid-Vesikel, auch Liposomen genannt, Wirkstoffe effektiv durch die Haut. Sie werden auch verwendet, um pharmazeutische Wirkstoffe einzukapseln und am vorgesehenen Wirkort freizusetzen. In der Technik werden sie als biochemische Reaktoren, in der Forschung als Modelle für Biomembranen und Zellen eingesetzt. Basierend auf einer mikrofluidischen T-Verzweigung hat ein Team um Shoji Takeuchi von der Universität Tokio, Japan, nun eine einfache und effiziente Methode zur Herstellung unilamellarer Vesikeln entwickelt.

Vesikel müssen Strukturvoraussetzungen erfüllen

Für die unterschiedlichen Anwendungen darf die Membran der Vesikel nur unilamellar sein, d.h. aus einer einzelnen Lipiddoppelschicht bestehen. Die Vesikel sollen zudem einheitlich so groß wie eine natürliche Zelle sein. Zudem müssen die gewünschten Inhaltsstoffe effektiv eingekapselt werden. Um eine ausreichende Beladung realisieren zu können, müssen die Substanzen in hochkonzentrierter Lösung eingesetzt werden. Bisherige Produktionsmethoden genügen nicht all diesen Anforderungen gleichermaßen oder sind sehr aufwändig.

Mikrofluidische Technik für die Vesikel-Synthese

Das japanische Team hat nun sehr kleine Flüssigkeitsvolumina durch winzige Kanälchen geleitet und Effekte erzielt, die in größeren Systemen nicht vorkommen. Das Mikrofluidik-System der Wissenschaftler besteht aus einem Hauptkanal, von dem viele feine Seitenkanäle abzweigen (T-Verzweigungen), die im Kontaktbereich zu kleinen Kammern erweitert sind. Zunächst wird Wasser eingeleitet, anschließend eine Lösung von Lipiden in Öl, dann wieder Wasser. Wenn das Öl das Wasser bzw. das Wasser das Öl aus dem Hauptkanal spült, bleibt jeweils ein Rest in den Kämmerchen zurück. So entsteht ein feiner Ölfilm, an dessen beiden Grenzflächen zum Wasser sich Lipidmoleküle zu einer Monoschicht anordnen.

Eine leichte Strömung aus den Seitenkanälchen und die gleichzeitige Strömung durch den Hauptkanal schiebt den Ölfilm aus der Kammer und drückt ihn zusammen, sodass sich die beiden Lipid-Monoschichten zu einer Doppelschicht vereinen. Der Lipid-Film bildet eine Ausbuchtung weit in den Hauptkanal hinein und folgt der Fließrichtung. Hindernisse sorgen dafür, dass sich die Ausbuchtung zu einem abgeschlossenen kugelförmigen Vesikel abschnürt. So entstehen einheitlich große Vesikel. Durch die winzigen Volumina wird der Verbrauch an Wirkstoffen bzw. Reagenzien reduziert und ein hoher Durchsatz erreicht.

Den Forschern gelang es zudem, Proteine in die Lipid-Membran einzubauen, die Poren bilden, und ein komplettes Genexpressionssystem einzukapseln.

Originalveröffentlichung: Takeuchi, S. et al.: Angewandte Chemie, doi: 10.1002/ange.200902182

(ID:314180)