Gli scienziati che lavorano presso l'Institut Laue-Langevin hanno dimostrato che la carica delle nanoparticelle d'oro, identificato dalle principali aziende farmaceutiche come agente di somministrazione di farmaci del futuro per il trattamento del cancro, influenza il modo in cui interagiscono con la parete esterna protettiva della nostra cellula. Queste intuizioni cruciali, pubblicato in Langmuir , fornire un primo passo nella progettazione efficace di nanoparticelle sicure per applicazioni biomediche e le pratiche e le procedure per la loro manipolazione sicura in una varietà di altri prodotti di consumo.
Il crescente utilizzo di nanoparticelle, piccoli fiocchi di materiale, 1 milionesimo delle dimensioni di un granello di sabbia, in una vasta gamma di prodotti commerciali, come abbigliamento, contenitori per alimenti, prodotti farmaceutici, cosmetici, pneumatici, elettronica e dispositivi ottici, è controverso. nanoparticelle comuni, come l'oro, argento e rame, penetrano facilmente nelle membrane organiche, (pareti cellulari, ...) creando impatti potenzialmente significativi sulla salute umana e sull'ambiente. Però, c'è un'area in cui la loro tossicità potrebbe rivelarsi utile e persino salvavita.
Una sfida importante nella medicina moderna è trovare agenti di somministrazione in grado di colpire e penetrare le cellule per trasportare i farmaci direttamente all'interno del tessuto infetto. La ricerca del veicolo giusto ha portato a un nuovo campo di ricerca, 'nanomedicina', dove le nanoparticelle potrebbero essere programmate per colpire le cellule cancerose, ad esempio, riducendo o addirittura eliminando la necessità di un intervento chirurgico.
Di tutte le nanoparticelle a disposizione della scienza medica, uno in particolare è diventato un centro di ricerca tra le principali aziende farmaceutiche:l'oro. L'anno scorso AstraZeneca ha annunciato un nuovo progetto di ricerca per esaminare una nuova nanomedicina, CYT-6091, a base di nanoparticelle d'oro.
Le nanoparticelle d'oro sono veicoli di consegna particolarmente buoni perché:
Però, al momento non comprendiamo in dettaglio i meccanismi di interazione tra le nanoparticelle e le difese esterne della nostra cellula – la membrana cellulare. Senza questo è impossibile determinare quanto siano pericolosi e se la loro capacità di penetrare e distruggere le cellule possa mai essere sfruttata per fini buoni, come nella lotta contro il cancro.
Una cosa che si sa è che esiste un complesso insieme di parametri che influenzano questa interazione, compresa la forma della nanoparticella, dimensione, composizione e carica. Ma finora è mancato uno studio sistematico che mostri come l'interazione dipenda da questi parametri a livello molecolare.
Per iniziare ad affrontare questo problema, un gruppo di ricerca dell'Institut Laue-Langevin (ILL), l'Università dell'Illinois e l'Australian Nuclear Science and Technology Organization hanno utilizzato i neutroni dell'ILL e gli strumenti di diffusione di neutroni leader a livello mondiale per indagare, a livello molecolare, i cambiamenti fisici subiti dalle nostre pareti cellulari quando entrano in contatto con nanoparticelle d'oro di diversa carica.
Le nanoparticelle d'oro di 2 nm di diametro avevano gruppi cationici (caricati positivamente) o anionici (caricati negativamente) aggiunti alla loro superficie. Per imitare la membrana cellulare, il team di ricerca ha utilizzato due doppi strati di molecole di lipidi grassi tenuti 20-30 uno sopra l'altro che insieme hanno prodotto le proprietà dinamiche osservate nelle membrane cellulari. Gli scienziati hanno quindi applicato tecniche di riflettometria a neutroni presso l'ILL per modellare accuratamente l'interazione tra nanoparticelle e membrana cellulare su una frazione di scala nanometrica.
Quello che hanno scoperto è che la carica superficiale delle nanoparticelle gioca davvero un ruolo significativo nel determinare la loro interazione con le membrane delle nostre cellule. Le nanoparticelle cationiche passano direttamente attraverso la membrana lipidica e si immergono profondamente all'interno del doppio strato galleggiante, destabilizzando l'intera struttura della membrana sufficientemente per distruggere completamente la cellula a concentrazioni più elevate. In contrasto, le nanoparticelle anioniche non penetrano affatto nella membrana lipidica. Piuttosto, a determinate concentrazioni ostacolano la decomposizione della membrana aiutandola a resistere a condizioni estreme, come pH elevato, che normalmente lo destabilizzerebbero in modo significativo.
