Nanodeeltjes dringen gemakkelijk cellen binnen. Nieuwe inzichten over hoe ze worden verspreid en wat ze daar doen, worden voor het eerst getoond door 3D-microscopiebeelden met hoge resolutie van BESSY II. Bijvoorbeeld, bepaalde nanodeeltjes hopen zich bij voorkeur op in bepaalde organellen van de cel. Dit kan de energiekosten in de cel verhogen. "De cel ziet eruit alsof hij net een marathon heeft gelopen, blijkbaar, de cel heeft energie nodig om dergelijke nanodeeltjes te absorberen, ", zegt hoofdauteur James McNally.

Vandaag, nanodeeltjes zitten niet alleen in cosmetische producten, maar overal:in de lucht, in water, in de bodem en in voedsel. Omdat ze zo klein zijn, ze dringen gemakkelijk de cellen van ons lichaam binnen. Dit is ook interessant voor medische toepassingen. Nanodeeltjes gecoat met actieve ingrediënten kunnen specifiek in cellen worden geïntroduceerd, bijvoorbeeld om kankercellen te vernietigen. Echter, er valt nog veel te leren over de verdeling van nanodeeltjes in de cellen, wat ze daar doen, en hoe deze effecten afhangen van hun grootte en coating.

Nieuwe inzichten zijn voortgekomen uit een onderzoek aan BESSY II, waar het team van prof. Gerd Schneider röntgenmicroscopiebeelden kan maken met zachte, intensieve röntgenstraling. Onderzoekers van de röntgenmicroscopiegroep onder leiding van HZB-biofysicus Dr. James McNally onderzochten cellen met verschillend gecoate nanodeeltjes. De nanodeeltjes waren precies even groot, maar waren bedekt met verschillende actieve ingrediënten.

"Röntgenmicroscopie biedt een aanzienlijk betere resolutie dan lichtmicroscopie, en een veel beter overzicht dan elektronenmicroscopie, " benadrukt Schneider. Voor de eerste keer, het team behaalde compleet, driedimensionaal, afbeeldingen met hoge resolutie van de met nanodeeltjes behandelde cellen met de daarin aanwezige organellen:inclusief lipidedruppeltjes, mitochondriën, multivesiculaire lichamen en endosomen. Lipidedruppeltjes fungeren als energieopslag in de cel, terwijl mitochondriën deze energie metaboliseren.

De analyse van de afbeeldingen toonde aan:de nanodeeltjes hopen zich bij voorkeur op in een subset van de celorganellen en veranderen ook het aantal van bepaalde organellen ten koste van andere organellen. De veranderingen in het aantal organellen waren vergelijkbaar, ongeacht de coating van nanodeeltjes, wat suggereert dat veel verschillende soorten coatings van nanodeeltjes een soortgelijk effect kunnen hebben. Om te evalueren hoe algemeen dit effect is, verdere studies met andere coatings van nanodeeltjes en met andere celtypen moeten worden uitgevoerd.

"Röntgenmicroscopie stelt ons in staat om de cel als geheel te zien, dus we konden dit gedrag voor de eerste keer waarnemen, " legt McNally uit. "We ontdekten dat de absorptie van dergelijke nanodeeltjes het aantal mitochondriën en endosomen verhoogt, terwijl andere organellen, namelijk lipidedruppeltjes en multivesiculaire lichamen, verminderen, " zegt Burcu Kepsutlu, die de experimenten uitvoerde voor haar doctoraat. "Als we op een hongerdieet gaan of een marathon lopen, we zien vergelijkbare veranderingen in de cel, namelijk een toename van mitochondriën en een afname van lipidedruppeltjes, "zegt McNally. "Blijkbaar kost het de cel energie om de nanodeeltjes te absorberen, en de cel voelt alsof hij net een marathon heeft gelopen."