Consegna della droga: Perché nanoparticelle d'oro possono penetrare le pareti cellulari

Maggio 18, 2016 Admin Salute 0 7
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Le cellule sono molto bravi a proteggere il loro prezioso contenuto - e, di conseguenza, è molto difficile da penetrare le mura di membrana per fornire farmaci, sostanze nutritive o biosensori senza danneggiare o distruggere la cellula. Un modo efficace di farlo, scoperto nel 2008, è quello di utilizzare nanoparticelle di oro puro, rivestite con un sottile strato di un polimero speciale. Ma nessuno sapeva esattamente perché questa combinazione ha funzionato così bene, o come ha fatto attraverso la parete cellulare.

Ora, i ricercatori del MIT e l'Ecole Polytechnique de Lausanne in Svizzera hanno capito come funziona il processo, e dei limiti sulle dimensioni delle particelle che possono essere utilizzati. La loro analisi appare nella rivista Nano Letters, in un articolo di studenti laureati Reid Van Lehn, Prabhani Atukorale, Yu-Sang Yang e Randy Carney e professori Alfredo Alexander-Katz, Darrell Irvine e Francesco Stellacci.

Fino ad ora, dice Van Lehn, l'autore principale dello studio, "il meccanismo era sconosciuto. ... In questo lavoro, abbiamo voluto semplificare il processo e comprendere le forze" che permettono nanoparticelle d'oro di penetrare le pareti cellulari, senza danneggiare in modo permanente le membrane o rottura del cellule. I ricercatori hanno così attraverso una combinazione di esperimenti di laboratorio e simulazioni al computer.




La squadra ha dimostrato che il primo fondamentale passo nel processo è per nanoparticelle di oro rivestite di fondersi con i lipidi - una categoria di grassi naturali, cere e vitamine - che formano la parete cellulare. Gli scienziati hanno anche dimostrato un limite superiore alla dimensione di tali particelle che possono penetrare la parete cellulare - un limite che dipende dalla composizione del rivestimento della particella.

Il rivestimento applicato alle particelle d'oro costituito da una miscela di componenti idrofobi e idrofili che formano un monostrato - uno strato spesso solo una molecola - sulla superficie della particella. Qualsiasi dei diversi composti diversi può essere utilizzato, spiegano i ricercatori.

"Le cellule tendono a inghiottire le cose in superficie", spiega Alexander-Katz, professore associato di scienza dei materiali e ingegneria presso il MIT, ma è "molto insolito" per i materiali di attraversare quella membrana nell'interno della cellula senza causare gravi danni. Irvine e Stellacci dimostrato nel 2008 che le nanoparticelle di oro monostrato rivestita potevano farlo; Da allora sono stati al lavoro per capire meglio come e perché funziona.

Poiché le nanoparticelle stesse sono completamente rivestite, il fatto che essi sono in oro non ha alcun effetto diretto, eccetto che nanoparticelle di oro sono un sistema modello facilmente preparati, i ricercatori dire. Tuttavia, vi sono alcune prove che le particelle di oro hanno proprietà terapeutiche, che potrebbe essere un vantaggio collaterale.

Particelle d'oro sono anche molto bravo a catturare raggi X - quindi se potevano essere fatti penetrare le cellule tumorali, e sono stati poi riscaldati da un fascio di raggi X, si potevano distruggere le cellule dall'interno. "Quindi il fatto che è l'oro può essere utile", dice Irvine, un professore di scienza dei materiali e ingegneria e ingegneria biologica e membro dell'Istituto Koch for Integrative Cancer Research.

Significativamente, il meccanismo che consente alle nanoparticelle di passare attraverso la membrana sembra anche per sigillare l'apertura non appena la particella è passato. "Avrebbero passare senza che anche piccole molecole per perdite attraverso dietro di loro", dice Van Lehn.

Irvine dice che il suo laboratorio è interessato a sfruttare questo meccanismo cellulare penetrante come un modo di fornire farmaci per l'interno della cellula, da loro legame con il materiale di rivestimento superficiale anche. Un passo importante nel rendere un processo utile, dice, è trovare il modo per consentire i rivestimenti di nanoparticelle di essere selettivi su quali tipi di cellule che attaccano a. "Se si tratta di tutte le cellule, che non è molto utile," dice, ma se i rivestimenti possono essere mirate a un particolare tipo di cellula che è il bersaglio di un farmaco, che potrebbe essere un vantaggio significativo.

Un'altra potenziale applicazione di questo lavoro potrebbe essere in collegamento o l'inserimento di molecole biosensori o in alcune cellule, dice Van Lehn. In questo modo, gli scienziati potrebbero rilevare o monitorare specifici marcatori biochimici, come le proteine ​​che indicano l'insorgenza o declino di una malattia o di un processo metabolico.

In generale, l'attaccamento alle nanoparticelle "rivestimenti di superficie potrebbe fornire una chiave di cellule 'interni per" le molecole che normalmente non avrebbero alcuna possibilità di ottenere attraverso la membrana cellulare ", dice Irvine.

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