Kunstmatige nanovezels doen alsof ze ‘leven’

Microscoopopname van groeiende vezels na 5,3 uur. Foto Science

Eén kenmerk van de biochemische processen die we ‘leven’ noemen, is dat ze instabiel zijn. Het blijkt nu mogelijk om een vergelijkbaar ver-van-evenwichts-proces chemisch na te bootsen.

In Science (4 september) beschrijven Job Boekhoven en andere chemici van de TU Delf een stelsel van chemische reacties waarmee nanometers dikke vezels worden gevormd. Die vezels kunnen water vasthouden en zo een stijve gel vormen. De vezels worden permanent aangelegd, maar tegelijkertijd ook weer afgebroken, in een dynamisch evenwicht. Het proces lijkt daarmee sterk op de productie van microtubuli, biologische vezels die netwerken vormen binnen lichaamscellen.

Microtubuli worden gevormd onder invloed van de stof GTP, en weer afgebroken door het nauw verwante GDP. Door de GTP/GDP-verhouding te variëren kan de cel het netwerk snel inkrimpen, uitbreiden, of aanpassen.

De Delftse chemici gebruikten als bouwstenen drie soorten kleine, platte moleculen, die in twee standen voorkomen. In een actieve stand stapelen ze op elkaar, als torens van etensborden. In de inactieve stand koppelen ze juist weer los.

Een ‘brandstof’, het kleine molecuul dimethylsulfaat (DMS) kan de moleculen omschakelen van inactief naar actief. Basische hydroxyl-moleculen schakelen de moleculen juist van actief naar inactief.

Op microscoopopnamen is te zien hoe de vezels, afhankelijk van de brandstoftoevoer en de zuur-base-graad, groeien of krimpen. Vaak zijn er zowel groeiende als krimpende vezels te zien, en als de brandstof opraakt, kan de gel razendsnel instorten. Maar ook kan de gel zich snel herstellen als hij door roeren kapot wordt gemaakt.

Eerder waren al wel zelf-assemblerende vezels en gels gemaakt. Maar daarbij ging het om chemisch stabiele vezels, die alleen aan te passen zijn door de chemische omstandigheden te veranderen.

De dynamische, niet-evenwichtsproces is responsiever, betogen de Delftenaren, en biedt inzichten voor een meer natuurgetrouwe aanleg van kunstmatige weefsels voor bijvoorbeeld medische doeleinden.