Le nanoparticelle di carbonio sono uno strumento promettente per applicazioni biomediche, Per esempio, per il trasporto mirato di composti biologicamente attivi nelle cellule. Un team di ricercatori della Fisica, I dipartimenti di medicina e chimica dell'Università Heinrich Heine di Düsseldorf (HHU) hanno ora esaminato se queste particelle sono potenzialmente pericolose per l'organismo e come le cellule le affrontano una volta incorporate. I risultati dello studio interdisciplinare sono stati appena pubblicati sulla rivista Rapporti scientifici .

Le nanoparticelle sono più piccole di cinque nanometri (un nanometro è un milionesimo di millimetro) che corrisponde approssimativamente alla dimensione delle macromolecole. Tali minuscole particelle vengono assorbite molto facilmente nelle cellule del corpo. Ci sono due aspetti di questa funzione. in primo luogo, rende le nanoparticelle dei buoni veicoli per trasportare in modo mirato un'ampia gamma di composti o sostanze ad esse attaccate nelle normali cellule malate.

D'altra parte, possono anche comportare rischi per la salute, per esempio in relazione al particolato. Uno dei modi in cui viene creato il particolato è nei processi di combustione, e parte di ciò può essere classificato come nanoparticelle. Queste particelle estremamente piccole possono superare la barriera sangue-aria e penetrare nel corpo:la mucosa bronchiale nei polmoni non filtra le particelle. Anziché, si fanno strada negli alveoli polmonari e da lì nel flusso sanguigno.

Insieme ai gruppi di lavoro del dipartimento di Chimica, Ricercatori HHU dell'Istituto di fisica della materia condensata sperimentale che lavorano sotto il Prof. Dr. Thomas Heinzel e del Dipartimento di Ematologia, L'oncologia e l'immunologia clinica che lavorano sotto il Prof. Dr. Rainer Haas hanno ora studiato cosa succede quando le cellule del corpo assorbono tali nanoparticelle. I ricercatori hanno utilizzato nanoparticelle fatte di grafene; questa è una forma speciale di carbonio che comprende strati bidimensionali di anelli di carbonio esagonali. Li hanno aggiunti a speciali cellule staminali ematopoietiche chiamate cellule staminali CD34+. Queste cellule sono particolarmente sensibili alle influenze ambientali dannose a causa della loro capacità di dividersi durante la loro vita. Il presupposto è che queste cellule verrebbero danneggiate maggiormente dalle nanoparticelle, se non del tutto, rispetto agli altri tipi di cellule più robuste.

Il team interdisciplinare di ricercatori con sede a Düsseldorf è stato in grado di dimostrare che le nanoparticelle di carbonio entrano nelle cellule, dove sono incapsulati in speciali organelli chiamati lisosomi. I lisosomi servono come un tipo di unità di rimozione dei rifiuti per il corpo in cui i corpi estranei si accumulano e vengono normalmente scomposti con l'aiuto di enzimi. Però, i ricercatori non hanno osservato alcun processo del genere per tutta la durata degli esperimenti, che durò diversi giorni.

Quando si confrontano i geni attivi ("espressione genica") delle cellule staminali con e senza l'aggiunta di nanoparticelle, i ricercatori hanno scoperto che solo uno su un totale di 20, 800 espressioni registrate erano cambiate; effetti minori sono stati determinati in un ulteriore 1, 171 espressioni geniche.

Il prof. Heinzel ha detto questo in merito ai risultati:"L'incapsulamento delle nanoparticelle nei lisosomi assicura che queste particelle siano conservate in modo sicuro almeno per alcuni giorni, per la durata dei nostri esperimenti, e non possano danneggiare la cellula. Ciò significa che la cellula rimane vitale senza alcun cambiamento importante nell'espressione genica". Questa intuizione è importante se le nanoparticelle devono essere utilizzate per fornire farmaci nella cellula. Il quadro sperimentale qui utilizzato non consente di fare affermazioni a lungo termine in merito a un'aumentata probabilità di mutazione cellulare con conseguente cancro.

La ricerca è stata condotta in stretta collaborazione tra la Facoltà di Matematica e Scienze Naturali dell'HHU e la Facoltà di Medicina e l'Ospedale Universitario di Düsseldorf. La Scuola di Oncologia di Düsseldorf (diretta dal Prof. Dr. Sebastian Wesselborg) ha finanziato la borsa di studio di dottorato del primo autore Stefan Fasbender. Il prof. Haas ha dichiarato:"La vicinanza dell'ospedale e dell'università e i loro stretti legami in termini di contenuto forniscono a HHU un ambiente particolarmente fruttuoso per la ricerca traslazionale, dove le intuizioni e le competenze della ricerca di base sono combinate con aspetti rilevanti per il trattamento."