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Um maßgeschneiderte Nano-Transporter zu entwickeln,
die ihre Fracht ordnungsgemäß abliefern, ist es wichtig zu wissen, auf
welchem Wege sie die Zellmembran passieren. Moleküle können auf
verschiedene Weise ins Zellinnere gelangen. Zunächst war zu
unterscheiden, ob die Nanoröhrchen auf passivem oder aktivem Weg
aufgenommen werden. Beim passiven Transport durchqueren Moleküle die
Membran ohne Energieverbrauch. Unter den aktiven Mechanismen kommt im
Fall der Nanoröhrchen die Endocytose in Betracht: Teile der
Zellmembran schließen die Moleküle ein und befördern sie ins
Zellinnere. Dieser Vorgang benötigt Energie in Form von ATP und
ausreichend hohe Temperaturen. Dai und Kollegen kühlten Zellkulturen
ab, andere Zellkulturen versetzten sie mit einem Hemmstoff, der die
ATP-Produktion stoppt. In beiden Fällen waren die Zellen nicht mehr in
der Lage, zugegebenen Nanoröhren aufzunehmen. "Wir schließen auf einen
energieabhängigen endocytotischen Mechanismus," sagt Dai. Im Fall der
Nanoröhrchen schienen den Forschern zwei der möglichen Endocytose-Wege
besonders in Frage zu kommen: die caveolaevermittelte und die
clathrinabhängige Endocytose. Caveolae sind kleine cholesterinreiche
Einkerbungen der Zellmembran. Hier docken Moleküle aus dem Medium an,
die Einkerbung stülpt sich immer weiter ein und schnürt sich zu einem
Bläschen ab, das ins Zellinnere wandert. Mit Hilfe von Hemmstoffen
störten die Forscher die Cholesterinverteilung in der Zellmembran und
damit die Caveolae - die Aufnahme der Nanoröhrchen konnte so nicht
unterbunden werden. Bei der clatrinabhängigen Variante docken Moleküle
aus dem Medium an spezielle Andockstellen auf der Außenseite der
Zellmembran an. Auf der Innenseite sind Clathrin-Moleküle, Proteine in
Form eines Dreibeins, an die Andockstellen geknüpft. Die
Clathrin-Moleküle aggregieren zu einem zweidimensionalen Netzwerk, das
sich nach innen wölbt und damit für eine Einstülpung der Membran
sorgt. Wiederum entstehen Bläschen, die sich abschnüren und ins
Zellinnere wandern. Zuckerhaltige oder kaliumfreie Medien zerstören
Clathrinschichten. Wurden die Zellkulturen solchen Bedingungen
ausgesetzt, waren sie nicht mehr in der Lage, die Nanoröhrchen
aufzunehmen. Dai: "Dies spricht eindeutig für eine clathrinabhängige
Endocytose von Kohlenstoffnanoröhrchen." Dieses Ergebnis steht im
Widerspruch zu den Befunden einer anderer Gruppe, die einen
nicht-endocytotischen Mechanismus vermutet. Die Ursachen der
Diskrepanz sind noch zu klären. |
