Angewandte Chemie

Auf dem Weg zum künstlichen Muskel

In unseren Muskeln findet eine kollektive Bewegung „biomolekularer Motoren“ statt, um die makroskopische Bewegung zu erzeugen. Diesen Vorgang nachzuahmen, ist schon lange ein Ziel für Wissenschaft und Technik. Französische Wissenschaftler sind diese Ziel nun ein gutes Stück näher gekommen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen sie einen Ansatz für einen künstlichen Muskel vor, der auf einer hierarchischen Selbstorganisation supramolekularer muskelartiger Fasern basiert. Auf diese Weise konnten sie eine molekulare Bewegung bis auf die mikroskopische Skala verstärken.

Elektronenmikroskopische Aufnahmen von supramolekularen muskelartigen Fasern im...
Elektronenmikroskopische Aufnahmen von supramolekularen muskelartigen Fasern im kontrahierten und im gedehnten Zustand.
Quelle: Wiley-VCH

Unser Muskelgewebe ist hierarchisch aufgebaut: Die kleinste funktionelle Einheit der Muskelfasern sind sogenannte Sarkomere. Diese sind aus dem Aktin-Filament und dem Myosin-Filament zusammengesetzt. Das Myosin ist ähnlich gebaut wie ein Bündel winziger Golfschläger, deren „Köpfe“ in die dünneren Aktin-Filamente hineinragen. Eine koordinierte Bewegung Tausender dieser Köpfchen sorgt dafür, dass die Myosin-Fasern entlang der Aktin-Filamente gleiten – das Sarkomer kontrahiert. Eine Vielzahl solcher Sarkomer-Einheiten ist longitudinal zu Myofibrillen verbunden, die wiederum lateral zu Fasern gebündelt vorliegen.

Das Team von der Universität Straßburg und der Universität Paris Diderot um Nicolas Giuseppone hat dieses Bauprinzip jetzt nachgeahmt. Als Baueinheiten dienen Rotaxane, bewegliche Molekülsysteme aus einem stabförmigen Molekül, auf das ein großer molekularer Ring „aufgefädelt“ ist. Aus Rotaxanen lassen sich Dimere bilden, wenn ein Ring fest an ein Ende des Stabes gebunden ist. Innerhalb des Dimers ist dann jeweils der Ring des einen Moleküls auf den Stab des anderen aufgefädelt. Solche Systeme wurden bereits als Basis für molekulare Schalter verwendet, denn durch eine Verschiebung der Ringe gegeneinander auf den Achsen sind sie zu teleskopartigen Kontraktionen und Extensionen in der Lage.

Die Forscher konstruierten ihre Rotaxan-Dimere so, dass es für die Ringe jeweils zwei „Einrastpositionen“ auf den Achsen gibt, in denen sie über Anziehungskräfte zu bestimmten Atomgruppen der Achse fixiert werden können. Durch einen Wechsel zwischen saurem und basischem Milieu kann kontrolliert zwischen den beiden Positionen hin und her geschaltet – und damit die Länge des Dimers variiert werden. Erstmals gelang es den Wissenschaftlern nun, Tausende dieser Dimere zu einigen Mikrometer langen supramolekularen Fasern zu verknüpfen. Dazu verwendeten sie Verbindungsstücke, die jeweils an spezielle Bindestellen an den Enden der Dimere haften – über mehrfache Wasserstoff-Brückenbindungen analog der Basenpaarung in der DNA-Doppelhelix. Die Verbindungsstücke ziehen sich zudem untereinander an (über π–π Stapelung und van der Waals-Kräfte) und sorgen so dafür, dass die einzelnen Fasern zu 10 bis 20 nm dicken Faserbündeln aggregieren. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen, dass sich diese im kontrahierten Zustand wie ein angespannter Muskel verdicken und im gedehnten Zustand eine längliche Form einnehmen.


Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

05.01.2016

Mehr aktuelle Beiträge lesen

Verwandte Artikel

Photo

Forscher kreieren borhaltiges künstliches Vitamin

Chemiker der Universität Leipzig haben ein künstliches, borhaltiges Vitamin B 1 kreiert, das zum besseren Verständnis der komplexen Stoffwechselvorgänge in allen Lebewesen beitragen kann.

Assays

Automatisierte Entwicklung von in silico basierten Multiplex Real-Time PCR-Assays

Seegene, Inc., ein Entwickler von Multiplex Real-Time PCR-Technologien gibt die Herausgabe der weltweit ersten automatisierten Entwicklung von in silico basierten Multiplex Real-Time PCR-Assays…

Photo

Neue Protein-Analyse für Therapie und Diagnose von Krankheiten

Im Laufe des Alterns und durch verschiedene Krankheiten wie Diabetes oder Krebs verändern sich Proteine im Körper – zumeist durch ungewünschte Reaktionen mit verschiedenen Stoffwechselprodukten…

Verwandte Produkte

AB Medical – V-Tube Clot Activator with Gel

Clinical Chemistry

AB Medical – V-Tube Clot Activator with Gel

AB Medical V-Tube
Alsachim, a Shimadzu group company – Dosimmune

Clinical Chemistry

Alsachim, a Shimadzu group company – Dosimmune

Alsachim, a Shimadzu Group Company
BD Vacutainer – Barricor Blood Collection Tube

Clinical Chemistry

BD Vacutainer – Barricor Blood Collection Tube

BD – Becton Dickinson
Beckman Coulter – Anti-Mullerian Hormone (AMH)

Immunochemistry

Beckman Coulter – Anti-Mullerian Hormone (AMH)

Beckman Coulter, Inc.
Beckman Coulter – AU5800 Series

Clinical Chemistry

Beckman Coulter – AU5800 Series

Beckman Coulter, Inc.
Beckman Coulter – DxC 700 AU

Clincal Chemistry

Beckman Coulter – DxC 700 AU

Beckman Coulter, Inc.