science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Nieuw transportmechanisme van een nanomateriaal door een celmembraan:membraanrekking

Nanobuisjes opgesloten in het membraan. Krediet:URV

Het vergroten van het bewustzijn van bio-effecten en toxiciteit van nanomaterialen die in wisselwerking staan ​​met cellen, legt de nadruk op de mechanismen waarmee nanomaterialen lipidemembranen kunnen passeren. Afgezien van goed besproken energieafhankelijke endocytose voor grote objecten en passieve diffusie door membranen door opgeloste moleculen, er zijn andere transportmechanismen die gebaseerd zijn op fysische principes. Een team van theoretische natuurkunde aan de Universitat Rovira i Virgili in Tarragona, geleid door Dr. Vladimir Baulin, ontwierp een onderzoeksproject om de interactie tussen nanobuisjes en lipidemembranen te onderzoeken. Bij computersimulaties de onderzoekers bestudeerden wat zij een "model dubbellaag" noemen, samengesteld uit slechts één type lipide. Op basis van hun berekeningen het team merkte op dat een ultrakorte nanobuis (lengte van 10 nm) loodrecht op de lipide dubbellaagkern kan worden geplaatst.

Ze zagen dat deze nanobuisjes gevangen blijven in het celmembraan, zoals algemeen aanvaard door de wetenschappelijke gemeenschap. Maar toen ze hun modelcelmembraan oprekten, nanobuisjes die vastzaten in de dubbellaag begonnen plotseling aan beide kanten te ontsnappen. Dit betekent dat het mogelijk is om het transport van een nanomateriaal over een celmembraan te regelen door de membraanspanning af te stemmen.

Dr. Baulin nam contact op met Dr. Jean-Baptiste Fleury van de Universiteit van Saarland (Duitsland) om dit mechanisme te bevestigen en om dit spanningsgemedieerde transportfenomeen experimenteel te bestuderen. Dr. Fleury en zijn team ontwierpen een microfluïdisch experiment met een goed gecontroleerde fosfolipide dubbellaag, een experimenteel model voor celmembranen, en ultrakleine koolstofnanobuisjes (10 nm lang) in oplossing toegevoegd. De nanobuisjes hadden een geadsorbeerde lipide-monolaag die hun stabiele dispersie garandeert en hun clustering voorkomt. Met behulp van een combinatie van optische fluorescentiemicroscopie en elektrofysiologische metingen, het team zou een individuele nanobuis kunnen volgen die een dubbellaag kruist en hun pad op moleculair niveau ontrafelen. En zoals voorspeld door de simulaties, ze merkten op dat nanobuisjes de dubbellaag binnengingen door hun lipidecoating op te lossen in het kunstmatige membraan. Wanneer een spanning van 4 mN/m werd toegepast op de dubbellaag, nanobuisjes ontsnapten spontaan uit de dubbellaag in slechts enkele milliseconden, terwijl bij lagere spanningen nanobuisjes in het membraan blijven zitten.

Deze ontdekking van translocatie van kleine nanobuisjes door barrières die cellen beschermen, d.w.z. lipide dubbellagen, kan aanleiding geven tot bezorgdheid over de veiligheid van nanomaterialen voor de volksgezondheid, en suggereren nieuwe mechanische mechanismen om de medicijnafgifte te regelen.