Keizerlijke onderzoekers hebben getest of gouden nanodeeltjes giftig kunnen zijn voor cellen, het vinden van hoe ze lipidemembranen beïnvloeden, hangt af van hun grootte.

Nanodeeltjes (tot 100 nanometer in diameter) worden steeds vaker vervaardigd voor gebruik in de geneeskunde, technologie, cosmetica en voedsel, maar hun mogelijke gevolgen voor de menselijke gezondheid zijn onbekend.

Het onderzoek, vandaag gepubliceerd in Natuur Communicatie Chemie , laat zien dat kleine nanodeeltjes (5-10 nm) het meest in staat zijn om membranen te verstoren, waarmee volgens de onderzoekers rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van nanodeeltjes voor gebruik in het lichaam.

Nanodeeltjes zijn er in een grote verscheidenheid aan maten, vormen en materialen, en biologische systemen zijn complex, waardoor het moeilijk is om te bepalen hoe ze met elkaar omgaan. Echter, onderzoekers weten dat een van de belangrijkste eerste stappen in toxiciteit is wanneer een deeltje interageert met het membraan rond een cel.

Deeltjes kunnen zich aan de buitenkant van membranen hechten, erin verankerd raken, of volledig worden opgeslokt en de cel binnengaan. Elk van deze uitkomsten kan de cel op verschillende manieren beïnvloeden; bijvoorbeeld, het vervormen van het membraan kan de elastische eigenschappen aantasten, mogelijk van invloed zijn op het vermogen om te functioneren.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van Imperial College London hebben gouden nanodeeltjes getest met kunstmatige cellen, ontdekken dat hoe ze op elkaar inwerken, afhangt van de grootte van de nanodeeltjes, met kleinere nanodeeltjes (5-10 nm) die het best in staat zijn om celmembranen binnen te dringen.

Grootte doet er toe

Hoofdonderzoeker Dr. Claudia Contini, van de afdeling scheikunde van Imperial, zei:"De groeiende productie van nanodeeltjes heeft geleid tot toenemende bezorgdheid over hun impact op de menselijke gezondheid en het milieu in het algemeen. Het identificeren van nanodeeltjes die gevaarlijk zijn voor natuurlijke organismen is moeilijk gezien de grote verscheidenheid aan nanodeeltjes, hun diverse eigenschappen en de complexiteit van biologische entiteiten.

"Met een vereenvoudigd systeem, we konden aantonen dat het lot van een nanodeeltje in contact met een membraan wordt bepaald door zijn grootte. Kleinere nanodeeltjes hebben een grotere kans om het membraan binnen te dringen in vergelijking met grotere nanodeeltjes, waarmee rekening moet worden gehouden bij het voorspellen welke nanodeeltjes gevaarlijk kunnen zijn."

Gouden nanodeeltjes worden onderzocht voor een aantal toepassingen in het lichaam, inclusief hulp bij tumordetectie en voor het afleveren van medicijnen of gentherapiemiddelen. De nanodeeltjes zijn meestal 'gefunctionaliseerd' - gecoat met moleculen die hen helpen zich te richten op specifieke receptoren in celmembranen waardoor ze kunnen interageren met of de cel binnenkomen.

Echter, het was onbekend of functionalisering altijd noodzakelijk was voor interactie, of dat de nanodeeltjes spontaan zouden kunnen interageren. Het team testte verschillende maten niet-gefunctionaliseerde gouden nanodeeltjes met kunstmatige cellen die de eigenschappen van biologische celmembranen nabootsen. Door deze eenvoudige celimitaties te gebruiken, konden ze zich concentreren op de interacties tussen membraan en nanodeeltjes.

Toekomstige nanodeeltjes ontwerpen

Ze ontdekten dat grotere nanodeeltjes (50-60 nm) soms aan de buitenkant van het membraan hechtten, maar veroorzaakte minimale overlast, middelgrote nanodeeltjes (25-35 nm) hechtten vaker aan het oppervlak en veroorzaakten enige vervorming, en kleinere nanodeeltjes (5-10 nm) vervormden het membraan aanzienlijk, het naar binnen buigen, soms met meerdere nanodeeltjes op elkaar gestapeld, waardoor een buisvormige vervorming ontstaat.

Kleinere nanodeeltjes kunnen daarom ongewenste toxische bijwerkingen in het lichaam veroorzaken als ze niet worden gefunctionaliseerd - een factor die volgens het team in aanmerking moet worden genomen bij het ontwerpen van medische nanodeeltjes.

De onderzoeksresultaten hebben ook een voordeel:soms is het nuttig als nanodeeltjes de membranen binnendringen, bijvoorbeeld bij het rechtstreeks afleveren van medicijnen aan cellen. Kleinere gouden nanodeeltjes kunnen dus betere medicijnafgiftesystemen zijn als ze gemakkelijker de cel in worden getrokken.