Las células protegen muy bien su preciado contenido y, como resultado, es muy difícil penetrar las paredes de sus membranas para administrar medicamentos, nutrientes o biosensores sin dañar o destruir la célula. Una forma eficaz de hacerlo, descubierto en 2008, es utilizar nanopartículas de oro puro, recubierto con una fina capa de un polímero especial. Pero nadie sabía exactamente por qué esta combinación funcionaba tan bien, o cómo logró atravesar la pared celular.
Ahora, investigadores del MIT y la Ecole Polytechnique de Lausanne en Suiza han descubierto cómo funciona el proceso, y los límites de los tamaños de partículas que se pueden utilizar. Su análisis aparece en la revista Nano letras , en un artículo de los estudiantes de posgrado Reid Van Lehn, Prabhani Atukorale, Yu-Sang Yang y Randy Carney y los profesores Alfredo Alexander-Katz, Darrell Irvine y Francesco Stellacci.
Hasta ahora, dice Van Lehn, el autor principal del artículo, "el mecanismo era desconocido ... En este trabajo, Queríamos simplificar el proceso y comprender las fuerzas "que permiten que las nanopartículas de oro penetren en las paredes celulares sin dañar permanentemente las membranas o romper las células. Los investigadores lo hicieron mediante una combinación de experimentos de laboratorio y simulaciones por computadora.
El equipo demostró que el primer paso crucial en el proceso es que las nanopartículas de oro recubiertas se fusionen con los lípidos, una categoría de grasas naturales. ceras y vitaminas:que forman la pared celular. Los científicos también demostraron un límite superior en el tamaño de tales partículas que pueden penetrar la pared celular, un límite que depende de la composición del recubrimiento de las partículas.
El recubrimiento aplicado a las partículas de oro consiste en una mezcla de componentes hidrófobos e hidrófilos que forman una monocapa, una capa de solo una molécula de espesor, en la superficie de la partícula. Se puede usar cualquiera de varios compuestos diferentes, explican los investigadores.
"Las células tienden a engullir cosas en la superficie, "dice Alexander-Katz, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en el MIT, pero es "muy inusual" que los materiales atraviesen esa membrana hacia el interior de la célula sin causar daños importantes. Irvine y Stellacci demostraron en 2008 que las nanopartículas de oro recubiertas de monocapa podían hacerlo; Desde entonces, han estado trabajando para comprender mejor por qué y cómo funciona.
Dado que las nanopartículas en sí están completamente recubiertas, el hecho de que estén hechos de oro no tiene ningún efecto directo, excepto que las nanopartículas de oro son un sistema modelo de fácil preparación, dicen los investigadores. Sin embargo, hay alguna evidencia de que las partículas de oro tienen propiedades terapéuticas, que podría ser un beneficio adicional.
Las partículas de oro también son muy buenas para capturar rayos X, por lo que, si se pudiera hacer que penetraran en las células cancerosas, y luego fueron calentados por un haz de rayos X, podrían destruir esas células desde dentro. "Entonces, el hecho de que sea oro puede ser útil, "dice Irvine, profesor de ciencia e ingeniería de materiales e ingeniería biológica y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer.
Significativamente, el mecanismo que permite que las nanopartículas pasen a través de la membrana también parece sellar la abertura tan pronto como la partícula ha pasado. "Pasarían sin permitir que ni siquiera pequeñas moléculas se filtraran detrás de ellos, "Dice Van Lehn.
Irvine dice que su laboratorio también está interesado en aprovechar este mecanismo de penetración celular como una forma de administrar medicamentos al interior de la célula. uniéndolos al material de revestimiento de la superficie. Un paso importante para convertirlo en un proceso útil, él dice, está encontrando formas de permitir que los recubrimientos de nanopartículas sean selectivos sobre los tipos de células a las que se adhieren. "Si son todas las células, eso no es muy útil, " él dice, pero si los recubrimientos pueden dirigirse a un tipo de célula particular que es el objetivo de un fármaco, eso podría ser un beneficio significativo.
Otra aplicación potencial de este trabajo podría ser unir o insertar moléculas biosensibles en o dentro de ciertas células, Dice Van Lehn. De este modo, los científicos podrían detectar o monitorear marcadores bioquímicos específicos, como las proteínas que indican el inicio o el declive de una enfermedad o un proceso metabólico.
En general, la unión a los recubrimientos superficiales de las nanopartículas podría proporcionar una clave para el interior de las células para "moléculas que normalmente no tendrían ninguna capacidad para atravesar la membrana celular, "Dice Irvine.
