Se sabe desde hace mucho tiempo que el asbesto supone un problema para las células humanas. Los científicos han visto células apuñaladas con puntas, fibras largas de amianto, y la imagen es sangrienta:parte de la fibra sobresale de la celda, como una flecha temblorosa que ha dado en el blanco.

Pero los científicos no habían podido entender por qué las células estarían interesadas en fibras de asbesto y otros materiales a nanoescala que son demasiado largos para ser completamente ingeridos. Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad de Brown explica lo que sucede. Mediante simulaciones y experimentos moleculares, el equipo informa en Nanotecnología de la naturaleza que ciertos nanomateriales, como los nanotubos de carbono, ingrese a las celdas con la punta primero y casi siempre en un ángulo de 90 grados. La orientación acaba engañando a la célula; tomando primero la punta redondeada, la célula confunde la partícula con una esfera, en lugar de un cilindro largo. Cuando la célula se da cuenta de que el material es demasiado largo para ser ingerido por completo, es demasiado tarde.

"Es como si nos comiéramos una piruleta más larga que nosotros, "dijo Huajian Gao, profesor de ingeniería en Brown y autor correspondiente del artículo. "Se atascaría".

La investigación es importante porque los nanomateriales como los nanotubos de carbono son prometedores en medicina, como actuar como vehículos para transportar medicamentos a células específicas oa lugares específicos en el cuerpo humano. Si los científicos pueden comprender completamente cómo interactúan los nanomateriales con las células, entonces posiblemente puedan diseñar productos que ayuden a las células en lugar de dañarlas.

"Si podemos comprender completamente (la dinámica de las células de nanomateriales), podemos hacer otros tubos que puedan controlar cómo las células interactúan con los nanomateriales y no ser tóxicos, ", Dijo Gao." En última instancia, queremos detener la atracción entre el nanotip y la célula ".

Como fibras de amianto, Los nanotubos de carbono y los nanocables de oro disponibles comercialmente tienen puntas redondeadas que a menudo varían de 10 a 100 nanómetros de diámetro. El tamaño es importante aquí; el diámetro encaja bien dentro de los parámetros de la celda por lo que puede manejar. Cepillando contra el nanotubo, proteínas especiales llamadas receptores en la célula entran en acción, agrupar y doblar la pared de la membrana para envolver la célula alrededor de la punta del nanotubo en una secuencia que los autores denominan "reconocimiento de punta". Mientras esto ocurre, el nanotubo se inclina en un ángulo de 90 grados, lo que reduce la cantidad de energía necesaria para que la célula absorba la partícula.

Una vez que comienza la endocitosis envolvente, No hay vuelta atrás. En minutos, la célula siente que no puede envolver completamente la nanoestructura y esencialmente marca el 911 ". En esta etapa, es demasiado tarde, "Dijo Gao." Está en problemas y pide ayuda, desencadenando una respuesta inmune que puede causar inflamación repetida ".

El equipo planteó la hipótesis de la interacción utilizando simulaciones dinámicas moleculares de grano grueso y nanotubos de carbono de paredes múltiples con casquete. En experimentos con nanotubos y nanocables de oro y células de hígado de ratón y células mesoteliales humanas, los nanomateriales ingresaron a las células en la punta y en un ángulo de 90 grados aproximadamente el 90 por ciento de las veces, los investigadores informan.

"Pensamos que el tubo se colocaría en la membrana celular para obtener más sitios de unión. Sin embargo, Nuestras simulaciones revelaron que el tubo giraba constantemente a un grado de entrada alto, con su punta completamente envuelta, "dijo Xinghua Shi, primer autor del artículo que obtuvo su doctorado en Brown y está en la Academia China de Ciencias en Beijing. "Es contrario a la intuición y se debe principalmente a la liberación de energía de flexión cuando la membrana envuelve el tubo".

Al equipo le gustaría estudiar si los nanotubos sin puntas redondeadas, o nanomateriales menos rígidos como las nanocintas, plantean el mismo dilema para las células.

"Curiosamente, si se corta la punta redondeada de un nanotubo de carbono (lo que significa que el tubo está abierto y hueco), el tubo se encuentra en la membrana celular, en lugar de entrar en la celda en un ángulo de alto grado, "Dijo Shi.