In Delft is bedacht hoe je zelfassemblage van synthetische moleculen kunt aandrijven met een chemische reactie. Zonder ‘brandstof’voor die reactie valt ook het assemblagewerk weer uit elkaar. Net zoals dat in levende cellen gebeurt, schrijven Jan van Esch en collega´s in Science.

Voor zover Van Esch weet, is het een wereldprimeur. Tot nu toe richtte het onderzoeksveld zich vooral op evenwichtstoestanden: voor de betrokken moleculen is wél assembleren thermodynamisch gunstiger dan niet assembleren. Dat je voor assemblage het natuurlijke evenwicht actief moet verschuiven is in de natuur heel normaal, maar in een reageerbuisje iets nieuws.

Het idee is om een bouwsteen te gebruiken met carboxylaatgroepen (COO^-) aan een of meer van de uiteinden. Alkylering van die groepen tot een ester activeert de bouwsteen, hydrolyse van de ester deactiveert hem weer. Dat laatste gaat in een waterig milieu vanzelf maar voor het eerste moet je de alkylgroepen actief toevoeren, bijvoorbeeld in de vorm van dimethylsulfaat (DMS).

En het leuke is dat je bij de hydrolyse wèl je oorspronkelijke bouwsteen terugkrijgt, maar niet je DMS. De methylgroep wordt immers vastgelegd in methanol. Gevolg is dat de bouwstenen alleen actief blijven zolang je vers DMS blijft toevoegen.

Als proof of principle hebben ze het in Delft uitgeprobeerd met carboxylaten die na verestering een hydrogel vormen. Na stopzetting van de DMS-toevoer raken die inderdaad hun stijfheid kwijt in een tempo dat samenhangt met de kinetiek van de hydrolysering.

Ze vergelijken het met het cytoskelet van cellen, dat ontstaat door zelfassemblage van actinevezels en microtubuli en net zo snel weer uit elkaar valt wanneer cel stopt met de toevoer van energiedragende moleculen. De chemische details zijn anders maar het basisprincipe is hetzelfde.

bron: TU Delft, Science