Le nanoparticelle entrano facilmente nelle cellule. Nuove intuizioni su come sono distribuite e cosa fanno lì sono mostrate per la prima volta da immagini di microscopia 3D ad alta risoluzione da BESSY II. Per esempio, alcune nanoparticelle si accumulano preferenzialmente in alcuni organelli della cellula. Ciò può aumentare i costi energetici nella cella. "La cellula sembra aver appena corso una maratona, apparentemente, la cellula richiede energia per assorbire tali nanoparticelle, ", afferma l'autore principale James McNally.

Oggi, le nanoparticelle non sono solo nei prodotti cosmetici, ma ovunque:nell'aria, in acqua, nel suolo e negli alimenti. Perché sono così piccoli, entrano facilmente nelle cellule del nostro corpo. Questo è interessante anche per le applicazioni mediche. Le nanoparticelle ricoperte di principi attivi potrebbero essere introdotte in modo specifico nelle cellule, ad esempio per distruggere le cellule cancerose. Però, c'è ancora molto da imparare su come le nanoparticelle sono distribuite nelle cellule, cosa fanno lì, e come questi effetti dipendono dalla loro dimensione e rivestimento.

Nuove intuizioni sono emerse da uno studio presso BESSY II, dove il team del Prof. Gerd Schneider può acquisire immagini di microscopia a raggi X con raggi X intensivi. I ricercatori del gruppo di microscopia a raggi X guidato dal biofisico HZB Dr. James McNally hanno studiato cellule con nanoparticelle diversamente rivestite. Le nanoparticelle avevano esattamente le stesse dimensioni, ma sono stati rivestiti con diversi principi attivi.

"La microscopia a raggi X offre una risoluzione significativamente migliore rispetto alla microscopia ottica, e una panoramica molto migliore rispetto alla microscopia elettronica, " sottolinea Schneider. Per la prima volta, la squadra ottenuta completa, tridimensionale, immagini ad alta risoluzione delle cellule trattate con nanoparticelle con gli organelli in esse contenuti:comprese le goccioline lipidiche, mitocondri, corpi multivescicolari ed endosomi. Le goccioline lipidiche fungono da riserve di energia nella cellula, mentre i mitocondri metabolizzano questa energia.

L'analisi delle immagini ha mostrato:Le nanoparticelle si accumulano preferenzialmente in un sottoinsieme degli organelli cellulari e modificano anche il numero di alcuni organelli a scapito di altri organelli. I cambiamenti nel numero degli organelli erano simili indipendentemente dal rivestimento di nanoparticelle, suggerendo che molti diversi tipi di rivestimenti di nanoparticelle possono indurre un effetto simile. Per valutare quanto sia generale questo effetto, devono essere eseguiti ulteriori studi con altri rivestimenti di nanoparticelle e con altri tipi di cellule.

"La microscopia a raggi X ci permette di vedere la cellula nel suo insieme, quindi siamo stati in grado di osservare questo comportamento per la prima volta, " spiega McNally. "Abbiamo scoperto che l'assorbimento di tali nanoparticelle aumenta il numero di mitocondri ed endosomi, mentre altri organelli, vale a dire goccioline lipidiche e corpi multivescicolari, diminuire, "dice Burcu Kepsutlu, che ha condotto gli esperimenti per il suo dottorato." Quando seguiamo una dieta da fame o corriamo una maratona, vediamo cambiamenti simili nella cellula, vale a dire un aumento dei mitocondri e una diminuzione delle goccioline lipidiche, " dice McNally. "A quanto pare ci vuole energia perché la cellula assorba le nanoparticelle, e il cellulare si sente come se avesse appena corso una maratona".