Per la prima volta, un team di chimici e ingegneri della Penn State University ha posizionato minuscoli motori sintetici all'interno di cellule umane vive, li spingeva con onde ultrasoniche e li guidava magneticamente. Non è esattamente "Viaggio fantastico, " ma è vicino. I nanomotori, che sono particelle metalliche a forma di razzo, muoversi all'interno delle cellule, girando e battendo contro la membrana cellulare.

"Mentre questi nanomotori si muovono e si scontrano con le strutture all'interno delle cellule, le cellule vive mostrano risposte meccaniche interne che nessuno ha mai visto prima, " ha detto Tom Mallouk, Evan Pugh Professore di Chimica e Fisica dei Materiali alla Penn State. "Questa ricerca è una vivida dimostrazione che potrebbe essere possibile utilizzare nanomotori sintetici per studiare la biologia cellulare in nuovi modi. Potremmo essere in grado di utilizzare i nanomotori per curare il cancro e altre malattie manipolando meccanicamente le cellule dall'interno. I nanomotori potrebbero eseguire interventi di chirurgia intracellulare. e somministrare farmaci in modo non invasivo ai tessuti viventi".

I risultati dei ricercatori saranno pubblicati in Angewandte Chemie Edizione Internazionale il 10 febbraio 2014. Oltre a Mallouk, i coautori includono i ricercatori della Penn State Wei Wang, Sixing Li, Suzanne Ahmed, e Tony Jun Huang, così come Lamar Mair di Weinberg Medical Physics nel Maryland U.S.A.

Fino ad ora, Malluk ha detto, i nanomotori sono stati studiati solo "in vitro" in un apparato di laboratorio, non nelle cellule umane viventi. I nanomotori alimentati chimicamente sono stati sviluppati per la prima volta dieci anni fa alla Penn State da un team che includeva il chimico Ayusman Sen e il fisico Vincent Crespi, oltre a Malluk. "I nostri motori di prima generazione richiedevano combustibili tossici e non si muoverebbero nel fluido biologico, quindi non abbiamo potuto studiarli nelle cellule umane, " Disse Mallouk. "Quella limitazione era un problema serio." Quando Mallouk e il fisico francese Mauricio Hoyos scoprirono che i nanomotori potevano essere alimentati da onde ultrasoniche, la porta era aperta allo studio dei motori nei sistemi viventi.

Per i loro esperimenti, il team utilizza cellule HeLa, una linea immortale di cellule tumorali della cervice uterina che viene tipicamente utilizzata negli studi di ricerca. Queste cellule ingeriscono i nanomotori, che poi si muovono all'interno del tessuto cellulare, alimentato da onde ultrasoniche. A bassa potenza ultrasonica, Mallouk ha spiegato, i nanomotori hanno scarso effetto sulle cellule. Ma quando il potere è aumentato, i nanomotori entrano in azione, muoversi e urtare gli organelli, strutture all'interno di una cellula che svolgono funzioni specifiche. I nanomotori possono agire come fruste per le uova per omogeneizzare essenzialmente il contenuto della cellula, oppure possono agire come arieti per perforare effettivamente la membrana cellulare.

Mentre gli impulsi a ultrasuoni controllano se i nanomotori ruotano o se si muovono in avanti, i ricercatori possono controllare ulteriormente i motori guidandoli, utilizzando forze magnetiche. Mallouk e i suoi colleghi hanno anche scoperto che i nanomotori possono muoversi autonomamente, indipendentemente l'uno dall'altro, un'abilità importante per le applicazioni future. "Il movimento autonomo potrebbe aiutare i nanomotori a distruggere selettivamente le cellule che li inghiottono, " Disse Mallouk. "Se vuoi che questi motori cerchino e distruggano le cellule cancerose, Per esempio, è meglio farli muovere indipendentemente. Non vuoi che un'intera massa di loro vada in una direzione."

La capacità dei nanomotori di influenzare le cellule viventi è promettente per la medicina, ha detto Malluk. "Una delle nostre applicazioni da sogno è la medicina in stile Fantastic Voyage, dove i nanomotori navigherebbero all'interno del corpo, comunicare tra loro ed eseguire vari tipi di diagnosi e terapia. Ci sono molte applicazioni per controllare le particelle su questa piccola scala, e capire come funziona è ciò che ci guida."