En overset detalje kan ugyldiggøre resultaterne af nogle tidligere eksperimenter med nanopartikler

(PhysOrg.com) -- Som enhver videnskabsmand vil fortælle dig, eksperimentelt design kan være selve djævelen. Prøv som man kunne, det kan være svært at genkende, meget mindre eliminere, de mange uvedkommende faktorer, der kan påvirke et eksperiment. Og ikke-anerkendte forvirrende faktorer kan ugyldiggøre mange års arbejde.

Så forskerne bekymrer sig. For nylig begyndte videnskabsmanden Younan Xia fra Washington University i St. Louis at bekymre sig om in vitro-eksperimenter, som hans laboratorium lavede for at studere levende cellers optagelse af nanopartikler.

I laboratoriet, cellerne blev altid udpladet på bunden af ​​en skål, og dyrkningsmediet indeholdende nanopartikler tilsat fra toppen.

"Folk antog, at hvis de forberedte en suspension, suspensionen ville have den samme koncentration overalt, herunder på overfladen af ​​cellerne, " siger Xia, PhD, James M. McKelvey professor ved Institut for Biomedicinsk Teknik, siger.

Et batteri af eksperimenter i Xias laboratorium med både opretstående og omvendte opstillinger viste, at nanopartikler over bestemte størrelser og vægte vil sætte sig ud. Så koncentrationer af nanopartikler nær celleoverfladerne er forskellige fra dem i masseopløsningen, og cellulære optagelseshastigheder er højere.

Dette spørgsmål er vigtigt, fordi videnskabsmænd aktivt undersøger brugen af ​​nanopartikler som vehikler til levering af lægemidler eller gener til celler.

For disse applikationer, beregninger af den dosis, partiklerne rent faktisk overfører til cellerne, er af afgørende betydning.

Som forskerne konkluderer i Natur nanoteknologi artikel, der beskriver eksperimenterne, "Undersøgelser af den cellulære optagelse af nanopartikler, der er blevet udført med celler i opretstående konfiguration, kan have givet anledning til fejlagtige og vildledende data."

Topsies og Turveys

Indtil nu blev nanopartikler antaget at være godt spredt i dyrkningsmediet, fordi de er små nok til let at blive løftet op af Brownsk bevægelse, den tilfældige bevægelse af molekylerne i mediet.

Derfor følte forskerne, at de med sikkerhed kunne antage, at koncentrationen af ​​nanopartikler i væsken ved siden af ​​cellerne, som driver cellulær optagelse, var den samme som den oprindelige koncentration af nanopartikler i mediet.

"Vi begyndte at undre os, imidlertid, fordi vores nanopartikler er lavet af guld, " siger Xia. "Guld er ugiftigt, men det er også meget tungt, så det var tænkeligt, at relativt store nanopartikler kunne sætte sig."

Da det er umuligt at måle den nøjagtige koncentration af guldnanopartikler på overfladen af ​​en celle, Xia og kolleger designet et simpelt eksperiment for tydeligt at se forskellen i koncentration forårsaget af sedimentation.

Xias laboratorium testede guld nanosfærer i tre størrelser, nanocages af to kantlængder, og nanorods, nogle med overfladebelægninger, der opsamlede serumproteiner i opløsning, og andre belagt med et kemikalie, der virker som antifouling-middel.

Efter at cellerne var blevet inkuberet i det nanopartikelbærende medium, koncentrationen af ​​nanopartiklerne blev målt spektroskopisk, og antallet af partikler, hver celle havde optaget, blev derefter beregnet.

I litteraturen, Xia siger, der er rapporter om, at den cellulære optagelse af nanopartikler afhænger af nanopartiklernes størrelse, form og overfladebelægning.

Hans laboratoriums eksperimenter viste, at disse egenskaber er sekundære, kun relevante i det omfang de påvirker nanopartiklernes sedimentations- og diffusionshastigheder.

For små, lette partikler, der var ingen forskel mellem cellerne i den opretstående og den omvendte konfiguration. Ved større, tungere partikler, imidlertid, sedimentation domineret, og de opretstående celler optog flere nanopartikler end de omvendte celler.

"Alt tidligere arbejde skal muligvis revurderes for at tage højde for virkningerne af sedimentering på nanopartikeldosimetri, ” konkluderer forfatterne.

"Det er ikke anderledes end medicin, der skal rystes for at suspendere et pulver i vand. Hvis du ikke ryster flasken, " Xia siger, "Du ender med at under- eller overdosere dig selv."