Minuscole particelle larghe solo un milionesimo di millimetro chiamate nanoparticelle sono abbondanti nei vestiti che indossiamo e persino nel cibo che mangiamo. Una nuova ricerca pubblicata su PCCP indica che le nanoparticelle sono in grado di modificare il loro legame alle superfici con le proteine abbondanti nel sangue a seconda che la proteina sia legata o meno alle molecole di grasso in quel momento. I risultati indicano come le nanoparticelle interagiscono con le proteine del sangue nel corpo influenzando l'efficienza del trasporto delle nanoparticelle alle superfici.
Il lavoro è alla base di molti aspetti dell'adesione proteina-nanoparticella. Per esempio, l'incertezza circonda la sicurezza delle nanoparticelle nei fumi dei veicoli e una gamma di prodotti di uso quotidiano. I tossicologi sono preoccupati che l'esposizione possa portare a nanoparticelle che entrano nel flusso sanguigno e si aggregano nel fegato, ostacolare il funzionamento dell'organo. Però, c'è anche molto interesse nell'uso delle nanoparticelle in medicina per fornire farmaci a specifiche regioni subcellulari, come il nucleo.
In una nuova ricerca, scienziati dell'Australian National University e dell'Institut Laue-Langevin (ILL) hanno testato un possibile meccanismo per il legame delle nanoparticelle, nota come ipotesi della "corona proteica". Questa teoria suggerisce che le nanoparticelle sono in grado di entrare nelle cellule perché si legano e vengono racchiuse dalle proteine, nascondendoli dai recettori. Un'incertezza chiave era se questa struttura della corona fosse prevalente anche sulle superfici o se ci fosse un comportamento diverso.
A differenza di molti esperimenti sui cristalli di proteine, questi esperimenti sono stati condotti in ambienti che imitavano più da vicino il sangue umano. Hanno usato nanoparticelle di silice di appena 20 nanometri di diametro, simili a quelli che si trovano nell'industria, in soluzioni tampone acquose che coinvolgono sali a livelli fisiologici per vedere come interagiscono con la proteina più abbondante nel nostro sangue, albumina sierica umana (HSA). Il ruolo principale dell'HSA è quello di legarsi alle molecole di grasso nel sangue e trasportarle in diverse parti del corpo, e questo legame fa sì che la proteina cambi forma. Entrambi i tipi di HSA, con e senza grasso, sono stati studiati in questa ricerca per indagare se interagissero in modo diverso con le nanoparticelle sulle superfici.
Sono stati condotti due esperimenti complementari sulla miscela tampone-proteina-nanoparticelle per analizzare diversi aspetti del processo.
I risultati hanno mostrato che diversi fattori sono importanti nel legame. in primo luogo, la carica sulla nanoparticella di silice determina come interagisce con le proteine sulle superfici. Le particelle di silice utilizzate nello studio avevano una leggera carica negativa e sono state attratte dai domini caricati positivamente di HSA anche se ha anche una carica netta negativa. Eppure la forma ingrassata della proteina ha la sua carica modificata dal grasso stesso, e in quel caso solo le interazioni superficiali erano indipendenti dal rapporto proteine:nanoparticelle nella soluzione. In secondo luogo, la forma grassa della proteina è più stabile e ha meno probabilità di svilupparsi. Di conseguenza, la proteina è meno in grado di trasportare nanoparticelle all'interfaccia per adottare conformazioni ottimali all'interfaccia quando cambia la concentrazione effettiva di nanoparticelle. Questi risultati suggeriscono che il design della superficie potrebbe essere importante per ridurre al minimo gli effetti tossici delle nanoparticelle e anche per massimizzare il potenziale terapeutico di tali particelle.
Professor John White, Professore di Chimica Fisica e Teorica, Scuola di ricerca di chimica, Università nazionale australiana, dice, "Poiché i risultati tossici sono stati correlati con le piccole dimensioni e i problemi di accumulo di particelle, gli esperimenti sono stati condotti su piccole nanoparticelle di silice prodotte industrialmente comunemente disponibili. Indicano un raggruppamento stabile di proteine-nanoparticelle alle interfacce che è sensibile alle proprietà molto sottili dell'attacco proteine."
Il dottor Richard Campbell, FIGARO scienziato dello strumento, MALATO, dice, "Una parte fondamentale della ricerca è stata quella di poter effettuare le misurazioni su molecole proteiche in condizioni vicine al loro ambiente fisiologico. Gli studi strutturali sulle proteine spesso richiedono che la molecola sia in una forma cristallina innaturale ma il potente riflettometro FIGARO all'ILL ha permesso noi per studiare l'interazione dell'HSA con le nanoparticelle sulla superficie libera di una soluzione tampone che imitasse più da vicino il sangue".
Metodi sperimentali
La quantità di deuterio - "idrogeno pesante" - nella soluzione tampone è stata modificata per sfruttare una proprietà chiamata variazione di contrasto isotopico. I neutroni sono dispersi in modo diverso dagli atomi di idrogeno e deuterio e modificando il rapporto tra H2O e D2O nel tampone il segnale di riflessione dalle molecole in questione può essere potenziato rispetto alla dispersione dalla soluzione. Ciò consente l'acquisizione di informazioni strutturali e di composizione uniche che non possono essere determinate da nessun'altra tecnica sperimentale.
