Θετικά ή αρνητικά; το επιφανειακό φορτίο νανοσωματιδίων επηρεάζει τις αλληλεπιδράσεις της κυτταρικής μεμβράνης.

Προσθήκη λεζάντας

Θετικά φορτισμένα νανοσωματίδια χρυσού μπορεί να διεισδύσουν βαθιά στις κυτταρικές μεμβράνες, ενώ αρνητικά φορτισμένα σωματίδια που δεν εισέρχονται σε όλο το κυτταρικό τοίχωμα, αλλά αντ' αυτού αποτρέπουν να διαρραγεί κάτω υπό ορισμένες συνθήκες. Αυτό το νέο ανακάληψη, από ερευνητές που εργάζονται στη Γαλλία, τις ΗΠΑ και την Αυστραλία, θα μπορούσε να βοηθήσει στο σχεδιασμό νανοσωματιδίων για βιοϊατρικές εφαρμογές, όπως σε φάρμακα και αντικαρκινικές θεραπείες.

Νανοσωματίδια χρυσού κάνουν ιδιαίτερα καλή τη παροχή των φαρμάκων χάρη στο γεγονός ότι μπορούν να τοποθετηθούν σε μόρια όπως σε αντι-καρκινικά φάρμακα. Οι επιφάνειες τους μπορεί επίσης εύκολα να τροποποιηθούν σε αντισώματα που στοχεύουν σε συγκεκριμένους υποδοχείς στα κύτταρα του όγκου.

Τα σωματίδια μπορούν επίσης να γίνουν βιοσυμβατά και να παράγουν θερμότητα όταν φωτίζονται με φως. Αυτή η θερμότητα μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί για να καταστρέψει τοπικά τα καρκινικά κύτταρα χωρίς να βλάπτουν τον περιβάλλοντα υγιή ιστό. Τα νανοσωματίδια χρυσού είναι ιδανική για τέτοιες "φωτοθερμικές θεραπείες", επειδή οι οπτικές τους ιδιότητες μπορεί να συντονιστούν στο εγγύς υπέρυθρο τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, - σε μήκη κύματος στα οποία το φως διεισδύει πιο βαθιά στο βιολογικό ιστό.

Οι ερευνητές γνωρίζουν τώρα ότι μια ποικιλία παραγόντων, όπως το σχήμα, το μέγεθος ενός νανοσωματιδίου και το φορτίο της επιφάνειας, που επηρεάζει τον τρόπο που αλληλεπιδρά με τα κύτταρα. Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές, οι οποίοι εργάζονται στο Ινστιτούτο Laue-Langevin στη Γαλλία, στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο στις ΗΠΑ και στον Οργανισμό Πυρηνικής Επιστήμης και Τεχνολογίας της Αυστραλίας, είδαν πώς νανοσωματίδια χρυσού επηρεάζουν τη δομή της κυτταρικής μεμβράνης - το πρώτο εμπόδιο που συναντά κάθε ξένο σώμα που θέλει να διεισδύσει σε ένα ζωντανό οργανισμό.

Ιδανικό μοντέλο κυτταρικής μεμβράνης

Οι πραγματικές κυτταρικές μεμβράνες είναι πολύ πολύπλοκες δομές και αποτελούνται από μια ασύμμετρη λιπιδική διπλοστοιβάδα, που περιλαμβάνει διάφορους τύπους λιπιδίων με ενσωματωμένες πρωτεΐνες. Το να παράγουμε τέτοιες πολύπλοκες δομές στο εργαστήριο είναι δύσκολο και έτσι οι ερευνητές μελέτησαν μια απλοποιημένη μεμβράνη κατασκευασμένη από ένα μόνο είδος λιπιδίου (1,2 διστεαροϋλ-sn-γλυκερο-3-φωσφοχολίνη). Στα πειράματα, χρησιμοποιήθηκαν δύο διπλά στρώματα μορίων λιπιδίων που "επιπλέουν" περίπου 20-30 angstroms το ένα πάνω στο άλλο.

Η ομάδα που εργάζεται στο ILL χρησιμοποιεί μια τεχνική γνωστή ως "ρεφλεκτομετρία νετρονίων", η οποία είναι σε θέση να χαρακτηρίσει πολυεπίπεδες δομές τοποθετημένες σε μια επίπεδη επιφάνεια σε αναλύσεις του μόλις ενός κλάσματος του νανομέτρου. Τα ίδια τα νετρόνια είναι ιδανικά για τη μελέτη θαμμένων διεπαφών γιατί αλληλεπιδρούν πολύ ασθενώς με την ύλη, όπως τα ίδια τα νετρόνια δεν είναι φορτισμένα. Μπορούν να διεισδύσουν έτσι σε διαδοχικά στρώματα του δείγματος πολύ εύκολα.

Η δομή διεπαφής της μεμβράνης

Οι επιστήμονες εξέτασαν πώς νανοσωματίδια χρυσού διαμέτρου 2nm, τα οποία είτε είχαν κατιονικές ή ανιονικές ομάδες πάνω στην επιφάνειά τους, αλληλεπίδρασαν με τις κυτταρικές μεμβράνες. Άρχισαν με την εκτόξευση δέσμης νετρονίων στα δείγματα που έπληξαν τα νανοσωματίδια στην επιφάνεια διεπαφής της ομάδας σε μια συγκεκριμένη γωνία. Μπόρεσαν στη συνέχεια να μετρήσουν την ένταση της ανακλώμενης ακτινοβολίας ως συνάρτηση αυτής της γωνίας - κάτι που τους παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη δομή της διεπαφής από άποψη πάχους, τραχύτητας και πυκνότητας στην παρουσία των δύο διαφορετικά φορτισμένων νανοσωματιδίων.

"Βρήκαμε ότι το επιφανειακό φορτίο σε ένα νανοσωματίδιο έχει πράγματι να διαδραματίσει έναν σημαντικό ρόλο στον καθορισμό της αλληλεπίδρασής του με τις μεμβράνες των κυττάρων που μελετήσαμε," είπε το μέλος της ομάδας Giovanna Fragneto στο physicsworld.com . "Κατιονικά νανοσωματίδια περνούν κατευθείαν διαμέσου της μεμβράνης και ενσωματώνονται βαθειά μέσα στη πλωτή διπλοστιβάδα και αποσταθεροποιούν το σύνολο της δομής της μεμβράνης αρκετά για να καταστρέψει εντελώς το κύτταρο σε υψηλότερες συγκεντρώσεις. Σε αντίθεση, τα ανιονικά νανοσωματίδια δεν διαπερνούν όλη τη λιπιδική μεμβράνη, αλλά μάλλον παρεμποδίζουν την αποσύνθεση της μεμβράνης σε δεδομένες συγκεντρώσεις, βοηθώντας την να αντέχει σε ακραίες συνθήκες, όπως το αυξημένο pH, που διαφορετικά θα αποσταθεροποιήσει σημαντικά. "

"Ότι αυτά τα νανοσωματίδια που μπορούν να επιτεθούν στα εξωτερικά τοιχώματα των κυττάρων είναι τόσο σχετικά από μια γενική άποψη της υγείας, αλλά και δυνητικά συναρπαστικό όσον αφορά τη ιατρική περίθαλψη του μέλλοντος", πρόσθεσε το μέλος της ομάδας Marco Maccarini.

Η ομάδα λέει ότι θα ήθελε τώρα να δεί τα μείγματα δύο ή περισσότερων διαφορετικών μορίων λιπιδίων να κάνουν ένα μοντέλο μεμβράνης που φαίνεται ακόμα περισσότερο αληθινή.

"Η κατανόηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ των νανοσωματιδίων και των κυτταρικών μεμβρανών έχει δύο φορές σημασία", λέει το μέλος της ομάδας Sabina Tatur. "Από τη μια πλευρά, θα μας επιτρέψει να είμαστε πιο ενήμεροι για τους πιθανούς κινδύνους για την ανθρώπινη υγεία και από την άλλη, θα μας βοηθήσει να αναπτύξουμε νανοσωματίδια, που μπορούν να χρησιμοποιούνται για συγκεκριμένες εφαρμογές της βιοτεχνολογίας, όπως η χορήγηση συστημάτων φαρμάκων, θεραπείες του καρκίνου και στους βιοαισθητήρες".

Πηγή, physicsworld.com

Απόδοση, Δ. Γιάκας