È noto da tempo che l'amianto crea problemi alle cellule umane. Gli scienziati hanno visto cellule pugnalate con spine, fibre lunghe di amianto, e l'immagine è cruenta:parte della fibra sporge dalla cellula, come una freccia tremante che ha trovato il suo segno.

Ma gli scienziati non erano stati in grado di capire perché le cellule fossero interessate alle fibre di amianto e ad altri materiali su scala nanometrica che sono troppo lunghi per essere completamente ingeriti. Ora un gruppo di ricercatori della Brown University spiega cosa succede. Attraverso simulazioni ed esperimenti molecolari, la squadra riporta in Nanotecnologia della natura che alcuni nanomateriali, come i nanotubi di carbonio, inserire le celle prima di punta e quasi sempre con un angolo di 90 gradi. L'orientamento finisce per ingannare la cella; prendendo prima la punta arrotondata, la cellula scambia la particella per una sfera, piuttosto che un lungo cilindro. Quando la cellula si rende conto che il materiale è troppo lungo per essere completamente ingerito, è troppo tardi.

"È come se mangiassimo un lecca-lecca più lungo di noi, " disse Huajian Gao, professore di ingegneria alla Brown e autore corrispondente dell'articolo. "Si bloccherebbe".

La ricerca è importante perché i nanomateriali come i nanotubi di carbonio hanno promesse in medicina, come agire come veicoli per trasportare farmaci a cellule specifiche o in luoghi specifici del corpo umano. Se gli scienziati possono comprendere appieno come i nanomateriali interagiscono con le cellule, quindi possono concepibilmente progettare prodotti che aiutano le cellule piuttosto che danneggiarle.

"Se possiamo comprendere appieno (dinamica nanomateriale-cella), possiamo realizzare altri tubi in grado di controllare il modo in cui le cellule interagiscono con i nanomateriali e non essere tossici, " Ha detto Gao. "In definitiva vogliamo fermare l'attrazione tra la nanopunta e la cellula".

Come le fibre di amianto, i nanotubi di carbonio e i nanofili d'oro disponibili in commercio hanno punte arrotondate che spesso vanno da 10 a 100 nanometri di diametro. La dimensione è importante qui; il diametro si adatta bene ai parametri della cella per ciò che può gestire. Sfiorando il nanotubo, speciali proteine ​​chiamate recettori sulla cellula entrano in azione, raggruppando e piegando la parete della membrana per avvolgere la cellula attorno alla punta del nanotubo in una sequenza che gli autori chiamano "riconoscimento della punta". Quando ciò si verifica, il nanotubo è inclinato di un angolo di 90 gradi, che riduce la quantità di energia necessaria alla cellula per inghiottire la particella.

Una volta che l'engulfing - endocitosi - inizia, non si può tornare indietro. Entro pochi minuti, la cellula sente che non può inghiottire completamente la nanostruttura ed essenzialmente chiama il 911. "In questa fase, è troppo tardi, " Gao ha detto. "È nei guai e chiede aiuto, innescando una risposta immunitaria che può causare infiammazioni ripetute".

Il team ha ipotizzato l'interazione utilizzando simulazioni dinamiche molecolari a grana grossa e nanotubi di carbonio a parete multipla chiusi. In esperimenti che coinvolgono nanotubi e nanofili d'oro e cellule epatiche di topo e cellule mesoteliali umane, i nanomateriali sono entrati nelle cellule prima con la punta e con un angolo di 90 gradi circa il 90% delle volte, riferiscono i ricercatori.

"Pensavamo che il tubo si sarebbe posizionato sulla membrana cellulare per ottenere più siti di legame. Tuttavia, le nostre simulazioni hanno rivelato che il tubo ruotava costantemente a un livello di ingresso elevato, con la punta completamente avvolta, " disse Xinghua Shi, primo autore della carta che ha conseguito il dottorato alla Brown ed è all'Accademia cinese delle scienze di Pechino. "È controintuitivo ed è principalmente dovuto al rilascio di energia di flessione mentre la membrana avvolge il tubo".

Il team vorrebbe studiare se i nanotubi senza punte arrotondate - o i nanomateriali meno rigidi come i nanonastri - pongono lo stesso dilemma per le cellule.

"Interessante, se la punta arrotondata di un nanotubo di carbonio viene tagliata (il che significa che il tubo è aperto e cavo), il tubo si trova sulla membrana cellulare, invece di entrare nella cella con un angolo elevato, " disse Shi.