Ny indsigt i nanopartikler og delende celler

(PhysOrg.com) -- Hvad sker der, når levende celler optager nanopartikler, disse små enheder, der kunne tilbyde nye måder at levere stoffer til kroppen på? En ny undersøgelse fra forskere ved UCD har sporet udviklingen af ​​nanopartikler, når celler deler sig, og deres resultater - som blev offentliggjort for nylig i Natur nanoteknologi - vil hjælpe os til bedre at forstå, hvordan forskellige væv i kroppen behandler en dosis nanopartikler.

"Nanopartikler er konstruerede materialer, som vi producerer, og det, der er meget interessant ved dem, er, at de har en størrelse, der er i nanometerområdet, så de er lidt større end proteiner, ” siger Dr. Anna Salvati, en post-doc forsker ved UCD School of Chemistry &Chemical Biology. "Deres størrelse giver dem mulighed for at interagere med cellen på nye måder."

Disse nano-interaktioner åbner potentielle muligheder for at levere lægemidler på nye måder ind i cellerne, så de tilbyder en af ​​de mest lovende måder at behandle sygdomme, som i øjeblikket ikke kan behandles, fra kræft til neurodegeneration, ifølge Dr. Salvati:"Hvis vi lærer, hvorfor nanopartikler så let kan trænge ind, og hvad der bestemmer, hvor de går hen i cellen, så kunne vi potentielt designe nye leveringssystemer og lære at levere medicin, ” siger hun.

Vi skal også forstå bio-nano-interaktioner mere generelt ud fra et sikkerhedsperspektiv, tilføjer hun. "Vi kan i nogle tilfælde blive udsat for nanomaterialer, fordi de bruges til mange anvendelser fra energihøst, elektronik til maling. Det er vigtigt at sikre, at de er sikre."

Dr. Salvati arbejder på et team med prof Kenneth A. Dawson ved Center for BioNano Interactions, den UCD-baserede nationale platform for nanosikkerhed, nanobiologi og nanomedicin, og UCD Conway Institute for Biomolecular and Biomedical Research.

Sammen med Jong Ah Kim og Dr. Christoffer Aberg, en del af deres forskning har været at se på nanopartiklers skæbne under individuelle cellers livscyklus, når de vokser og deler sig. UCD-forskerne introducerede polystyrenpartikler i nanoskala til humane lungekarcinomceller, der voksede i laboratoriet, og brugte fluorescerende markører til at spore nanopartiklerne over tid og rum. Det, de identificerede, var, at nanopartikler nemt kunne trænge ind i cellen og ikke blev udstødt under vækstens cellecyklus, men blev snarere videregivet til datterceller, da individuelle celler splittes i to.

"Når en celle deler sig, den internaliserede nanopartikeldosis deles mellem dattercellerne, ” forklarer Dr Salvati. "Det betyder, at celler i samme population kan have forskellige mængder af internaliserede nanopartikler, afhængig af fasen af ​​deres cellecyklus."

Den vigtige observation er, at en dosis af nanopartikler i en cellepopulation kan blive påvirket, når celler deler sig, og at individuelle celler kan ende med forskellige mængder af nanopartikler.

"Når du giver en dosis nanopartikler og en vis eksponeringstid, du har ikke kun et enkelt svar, hvor hver celle opfører sig på samme måde - vi har set, at individuelle celler opfører sig forskelligt, og det kan påvirke cellens dosis af nanopartikler, ” forklarer Dr. Salvati.

"Betydningen kan udvides også for mennesker - inde i kroppen har de mest specialiserede celler en tendens til at have meget langsom celledeling, mens andre celler deler sig meget hyppigt. En celle, der deler sig hyppigere, vil fortynde mængden af ​​nanopartikler, fordi hver gang den deler sig, fortynder den belastningen, og en celle, der deler sig sjældnere, kan potentielt akkumulere flere nanopartikler." Disse resultater vil også hjælpe med at sikre nanopartiklernes sikkerhed, ifølge Dr. Salvati, og UCD-forskerne fortsætter med at udvikle deres forståelse af interaktionerne.

"Vi søger at beskrive nanopartikelakkumuleringen og kinetikken med teoretiske modeller, så de kan bruges til at forudsige, hvordan nanopartikler kommer til at opføre sig i cellepopulationer, ” siger hun.

"Det ville også være interessant for os at være i stand til at designe en nanopartikel, der er i stand til at målrette celler, der deler sig hurtigt, såsom kræftceller, eller hvor vi kunne kontrollere, i hvilket stadium det kommer ind i cellen, så det kan komme lettere ind i visse faser, efterhånden som cellen vokser. Det vil åbne op for en helt ny række af muligheder inden for medicin."