L'effetto collo di cigno. La generazione spontanea - l'idea che gli organismi viventi come i vermi derivino dalla materia morta - è persistita nel 19° secolo perché le persone che hanno provato a testarlo hanno avuto problemi con il design sperimentale. Erano particolarmente infastiditi dall'aria. L'aria dovrebbe essere inclusa o esclusa dal pallone contenente un brodo nutriente? L'aria potrebbe essere necessaria per la generazione spontanea, come per la combustione, oppure potrebbe diffondersi in microrganismi la cui presenza invaliderebbe un risultato positivo. Generazione così spontanea, un'idea familiare ad Aristotele, non fu definitivamente smentito fino a quando lo scienziato francese del XIX secolo Louis Pasteur elaborò un progetto sperimentale che separava i due ruoli dell'aria. Ha fatto bollire il brodo in un pallone, poi riscaldò il collo della fiaschetta e la piegò a collo di cigno. L'aria potrebbe entrare nel pallone, ma i microrganismi nell'aria si stabilirono nella curva del collo. Il brodo è rimasto limpido, dimostrando definitivamente che la vita non nasce spontaneamente e viene solo dalla vita. Yassine Mrabet/Wikimedia Commons
(PhysOrg.com) -- Come ti dirà qualsiasi scienziato di banco, il design sperimentale può essere il diavolo in persona. Prova come si potrebbe, può essere difficile da riconoscere, molto meno eliminare, i molti fattori estranei che potrebbero influenzare un esperimento. E fattori di confusione non riconosciuti possono invalidare anni di lavoro.
Quindi gli scienziati si preoccupano. Recentemente lo scienziato Younan Xia della Washington University di St. Louis ha iniziato a preoccuparsi degli esperimenti in vitro che il suo laboratorio stava facendo per studiare l'assorbimento di nanoparticelle da parte delle cellule viventi.
In laboratorio, le cellule sono state sempre piastrate sul fondo di un piatto e il terreno di coltura contenente nanoparticelle è stato aggiunto dall'alto.
“La gente pensava che se preparavano una sospensione, la sospensione avrebbe avuto la stessa concentrazione ovunque, anche sulla superficie delle cellule, "dice Xia, dottorato di ricerca, il James M. McKelvey Professor presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica, dice.
Una serie di esperimenti nel laboratorio di Xia con configurazioni sia in posizione verticale che invertita ha mostrato che le nanoparticelle al di sopra di determinate dimensioni e pesi si depositeranno. Quindi le concentrazioni delle nanoparticelle vicino alle superfici cellulari sono diverse da quelle nella soluzione di massa e le velocità di assorbimento cellulare sono più elevate.
Questo problema è importante perché gli scienziati stanno studiando attivamente l'uso delle nanoparticelle come veicoli per la somministrazione di farmaci o geni alle cellule.
Per queste applicazioni, i calcoli della dose che le particelle effettivamente veicolano alle cellule sono di cruciale importanza.
Gli esperimenti nel laboratorio di Xia hanno confrontato la solita configurazione sperimentale (in basso) con una configurazione invertita (in alto). L'assorbimento di nanoparticelle nelle due configurazioni differisce solo se il rapporto tra le forze che guidano la sedimentazione (S) e quelle che guidano la diffusione (D) sono differenti. Nella situazione mostrata qui le celle verticali hanno assorbito più nanoparticelle di quelle invertite. IMMAGINE:YOUNAN XIA/WUSTL
Come concludono gli scienziati nel Nanotecnologia della natura articolo che descrive gli esperimenti, "Gli studi sull'assorbimento cellulare di nanoparticelle che sono stati condotti con cellule nella configurazione verticale potrebbero aver dato origine a dati errati e fuorvianti".
Topsies e Turveys
Fino ad ora si presumeva che le nanoparticelle fossero ben disperse nel mezzo di coltura perché sono abbastanza piccole da essere facilmente sollevate dal moto browniano, il moto casuale delle molecole nel mezzo.
Pertanto gli scienziati hanno ritenuto di poter presumere con sicurezza che la concentrazione di nanoparticelle nel fluido vicino alle cellule, che guida l'assorbimento cellulare, era la stessa della concentrazione iniziale di nanoparticelle nel mezzo.
“Abbiamo iniziato a chiederci, però, perché le nostre nanoparticelle sono fatte d'oro, "dice Xia. “L'oro non è tossico ma è anche molto pesante, quindi era concepibile che nanoparticelle relativamente grandi potessero depositarsi”.
Poiché è impossibile misurare l'esatta concentrazione di nanoparticelle d'oro sulla superficie di una cellula, Xia e colleghi hanno progettato un semplice esperimento per vedere chiaramente la differenza di concentrazione causata dalla sedimentazione.
Il laboratorio di Xia ha testato nanosfere d'oro di tre dimensioni, nanogabbie di due lunghezze di bordo, e nanotubi, alcuni con rivestimenti superficiali che raccolgono le proteine del siero in soluzione e altri rivestiti con una sostanza chimica che agisce come agente antivegetativo.
Dopo che le cellule sono state incubate nel mezzo contenente nanoparticelle, la concentrazione delle nanoparticelle è stata misurata spettroscopicamente e quindi è stato calcolato il numero di particelle che ciascuna cellula aveva assorbito.
Nella letteratura, Xia dice, ci sono rapporti che l'assorbimento cellulare delle nanoparticelle dipende dalla dimensione delle nanoparticelle, forma e rivestimento superficiale.
Gli esperimenti del suo laboratorio hanno mostrato che queste caratteristiche sono secondarie, rilevanti solo nella misura in cui influenzano le velocità di sedimentazione e diffusione delle nanoparticelle.
Per piccoli, particelle di luce, non c'era disparità tra le celle nella configurazione verticale e invertita. Nel caso di dimensioni maggiori, particelle più pesanti, però, dominata dalla sedimentazione, e le cellule in posizione verticale hanno assorbito più nanoparticelle rispetto alle cellule invertite.
“Potrebbe essere necessario rivalutare tutti i lavori precedenti per tenere conto degli effetti della sedimentazione sulla dosimetria delle nanoparticelle, ” concludono gli autori.
“Non è diverso dai medicinali che devono essere agitati per sospendere una polvere in un'acqua. Se non scuoti la bottiglia, “Xia dice, "finisci per sotto o sovradosare te stesso."
