Ny transportmekanisme af et nanomateriale gennem en cellemembran:membranstrækning

Øget opmærksomhed på bioeffekter og toksicitet af nanomaterialer, der interagerer med celler, sætter fokus på de mekanismer, hvormed nanomaterialer kan krydse lipidmembraner. Bortset fra godt diskuteret energiafhængig endocytose til store objekter og passiv diffusion gennem membraner af opløste molekyler, der er andre transportmekanismer baseret på fysiske principper. Et team af teoretisk fysik ved Universitat Rovira i Virgili i Tarragona, ledet af Dr. Vladimir Baulin, designet et forskningsprojekt for at undersøge samspillet mellem nanorør og lipidmembraner. I computersimuleringer, forskerne studerede det, de kalder et "model -dobbeltlag", der kun består af en type lipid. Baseret på deres beregninger, teamet observerede, at et ultrakort nanorør (10 nm længde) kan indsættes vinkelret på lipid -dobbeltlagskernen.

De observerede, at disse nanorør forbliver fanget i cellemembranen, som almindeligt accepteret af det videnskabelige samfund. Men da de strakte deres modelcellemembran, nanorør, der var fanget i dobbeltlaget, begyndte pludselig at flygte fra begge sider. Det betyder, at det er muligt at kontrollere transporten af ​​et nanomateriale over en cellemembran ved at indstille membranspændingen.

Dr. Baulin kontaktede Dr. Jean-Baptiste Fleury ved Saarland University (Tyskland) for at bekræfte denne mekanisme og for at undersøge dette spændingsformidlede transportfænomen eksperimentelt. Dr. Fleury og hans team designede et mikrofluidisk eksperiment med et velkontrolleret phospholipid-dobbeltlag, en eksperimentel model for cellemembraner, og tilsat ultra-små carbon nanorør (10 nm i længden) i opløsning. Nanorørene havde et adsorberet lipidmonolag, der garanterer deres stabile spredning og forhindrer deres klynge. Ved hjælp af en kombination af optisk fluorescerende mikroskopi og elektrofysiologiske målinger, teamet kunne følge et individuelt nanorør, der krydser et dobbeltlag og opklare deres vej på et molekylært niveau. Og som forudsagt af simuleringerne, de observerede, at nanorør kom ind i dobbeltlaget ved at opløse deres lipidbelægning i den kunstige membran. Når der blev påført en spænding på 4mN/m på dobbeltlaget, nanorør undslap spontant dobbeltlaget kun på få millisekunder, mens nanorør forbliver fanget inde i membranen ved lavere spændinger.

Denne opdagelse af translokation af små nanorør gennem barrierer, der beskytter celler, dvs. lipid -dobbeltlag, kan rejse bekymringer om sikkerheden ved nanomaterialer for folkesundheden, og foreslå nye mekaniske mekanismer til at kontrollere lægemiddeltilførslen.