Cellen zijn erg goed in het beschermen van hun kostbare inhoud - en daardoor het is erg moeilijk om door hun membraanwanden te dringen om medicijnen af ​​te geven, voedingsstoffen of biosensoren zonder de cel te beschadigen of te vernietigen. Een effectieve manier om dit te doen, ontdekt in 2008, is om nanodeeltjes van puur goud te gebruiken, bedekt met een dunne laag van een speciaal polymeer. Maar niemand wist precies waarom deze combinatie zo goed werkte, of hoe het door de celwand is gekomen.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van MIT en de Ecole Polytechnique de Lausanne in Zwitserland hebben ontdekt hoe het proces werkt, en de limieten voor de grootte van deeltjes die kunnen worden gebruikt. Hun analyse verschijnt in het tijdschrift Nano-letters , in een paper van afgestudeerde studenten Reid Van Lehn, Prabhani Atukorale, Yu-Sang Yang en Randy Carney en professoren Alfredo Alexander-Katz, Darrell Irvine en Francesco Stellacci.

Tot nu, zegt Van Lehn, hoofdauteur van de krant, "het mechanisme was onbekend. ... In dit werk, we wilden het proces vereenvoudigen en de krachten begrijpen die ervoor zorgen dat gouden nanodeeltjes celwanden kunnen binnendringen zonder de membranen permanent te beschadigen of de cellen te scheuren. De onderzoekers deden dit door een combinatie van laboratoriumexperimenten en computersimulaties.

Het team toonde aan dat de cruciale eerste stap in het proces is dat gecoate gouden nanodeeltjes versmelten met de lipiden - een categorie natuurlijke vetten, wassen en vitamines - die de celwand vormen. De wetenschappers toonden ook een bovengrens aan voor de grootte van dergelijke deeltjes die de celwand kunnen binnendringen - een limiet die afhangt van de samenstelling van de coating van het deeltje.

De coating die op de gouddeeltjes wordt aangebracht, bestaat uit een mix van hydrofobe en hydrofiele componenten die een monolaag vormen - een laag van slechts één molecuul dik - op het oppervlak van het deeltje. Elk van de verschillende verbindingen kan worden gebruikt, leggen de onderzoekers uit.

"Cellen hebben de neiging om dingen aan de oppervlakte te verzwelgen, " zegt Alexander-Katz, een universitair hoofddocent materiaalkunde en engineering aan het MIT, maar het is "zeer ongebruikelijk" dat materialen dat membraan binnendringen in het binnenste van de cel zonder grote schade aan te richten. Irvine en Stellacci toonden in 2008 aan dat monolaag-gecoate gouden nanodeeltjes dit zouden kunnen doen; ze hebben sindsdien gewerkt om beter te begrijpen waarom en hoe dat werkt.

Omdat de nanodeeltjes zelf volledig gecoat zijn, het feit dat ze van goud zijn heeft geen direct effect, behalve dat gouden nanodeeltjes een gemakkelijk te bereiden modelsysteem zijn, zeggen de onderzoekers. Echter, er is enig bewijs dat de gouddeeltjes therapeutische eigenschappen hebben, wat een bijkomend voordeel zou kunnen zijn.

Gouddeeltjes zijn ook erg goed in het vastleggen van röntgenstralen, dus als ze kunnen worden gemaakt om kankercellen binnen te dringen, en werden vervolgens verwarmd door een bundel röntgenstralen, ze zouden die cellen van binnenuit kunnen vernietigen. "Dus het feit dat het goud is, kan nuttig zijn, " zegt Irvine, een professor in materiaalkunde en engineering en biologische engineering en lid van het Koch Institute for Integrative Cancer Research.

aanzienlijk, het mechanisme dat de nanodeeltjes door het membraan laat gaan, lijkt ook de opening af te dichten zodra het deeltje is gepasseerd. "Ze zouden er doorheen gaan zonder dat zelfs kleine moleculen achter hen door konden lekken, ', zegt Van Lehn.

Irvine zegt dat zijn laboratorium ook geïnteresseerd is in het gebruik van dit celpenetrerende mechanisme als een manier om medicijnen aan het binnenste van de cel te leveren. door ze te binden aan het oppervlaktecoatingmateriaal. Een belangrijke stap om daar een nuttig proces van te maken, hij zegt, zoekt manieren om de coatings van nanodeeltjes selectief te laten zijn over aan welke soorten cellen ze hechten. "Als het allemaal cellen zijn, dat is niet erg handig, " hij zegt, maar als de coatings kunnen worden gericht op een bepaald celtype dat het doelwit is van een medicijn, dat kan een aanzienlijk voordeel zijn.

Een andere mogelijke toepassing van dit werk zou kunnen zijn bij het bevestigen of invoegen van biosensing-moleculen op of in bepaalde cellen, zegt Van Lehn. Op deze manier, wetenschappers konden specifieke biochemische markers detecteren of volgen, zoals eiwitten die het begin of de achteruitgang van een ziekte of een metabolisch proces aangeven.

In het algemeen, hechting aan de oppervlaktecoatings van nanodeeltjes zou een sleutel kunnen zijn tot het inwendige van cellen voor "moleculen die normaal niet door het celmembraan zouden kunnen komen, ' zegt Irvine.