La crescente consapevolezza dei bioeffetti e della tossicità dei nanomateriali che interagiscono con le cellule mette a fuoco i meccanismi attraverso i quali i nanomateriali possono attraversare le membrane lipidiche. Oltre alla ben discussa endocitosi dipendente dall'energia per oggetti di grandi dimensioni e alla diffusione passiva attraverso le membrane da parte di molecole di soluto, esistono altri meccanismi di trasporto basati su principi fisici. Un team di fisica teorica presso l'Universitat Rovira i Virgili di Tarragona, guidato dal dottor Vladimir Baulin, progettato un progetto di ricerca per studiare l'interazione tra nanotubi e membrane lipidiche. Nelle simulazioni al computer, i ricercatori hanno studiato quello che chiamano un "doppio strato modello" composto da un solo tipo di lipidi. Sulla base dei loro calcoli, il team ha osservato che un nanotubo ultra corto (lunghezza 10 nm) può inserirsi perpendicolarmente al nucleo a doppio strato lipidico.

Hanno osservato che questi nanotubi rimangono intrappolati nella membrana cellulare, come comunemente accettato dalla comunità scientifica. Ma quando hanno allungato la loro membrana cellulare modello, i nanotubi che erano intrappolati nel doppio strato iniziarono improvvisamente a fuoriuscire da entrambi i lati. Ciò significa che è possibile controllare il trasporto di un nanomateriale attraverso una membrana cellulare regolando la tensione della membrana.

Il Dr. Baulin ha contattato il Dr. Jean-Baptiste Fleury presso l'Università del Saarland (Germania) per confermare questo meccanismo e per studiare sperimentalmente questo fenomeno di trasporto mediato dalla tensione. Il Dr. Fleury e il suo team hanno progettato un esperimento microfluidico con un doppio strato fosfolipidico ben controllato, un modello sperimentale per le membrane cellulari, e aggiunto nanotubi di carbonio ultra-piccoli (10 nm di lunghezza) in soluzione. I nanotubi avevano un monostrato lipidico adsorbito che ne garantisce la dispersione stabile e ne previene il raggruppamento. Utilizzando una combinazione di microscopia ottica fluorescente e misurazioni elettrofisiologiche, il team potrebbe seguire un singolo nanotubo che attraversa un doppio strato e svelarne il percorso a livello molecolare. E come previsto dalle simulazioni, hanno osservato che i nanotubi sono entrati nel doppio strato dissolvendo il loro rivestimento lipidico nella membrana artificiale. Quando è stata applicata una tensione di 4 mN/m al doppio strato, i nanotubi sono sfuggiti spontaneamente al doppio strato in pochi millisecondi, mentre a tensioni inferiori i nanotubi rimangono intrappolati all'interno della membrana.

Questa scoperta della traslocazione di minuscoli nanotubi attraverso le barriere che proteggono le cellule, cioè doppi strati lipidici, può sollevare preoccupazioni sulla sicurezza dei nanomateriali per la salute pubblica, e suggerire nuovi meccanismi meccanici per controllare la somministrazione del farmaco.