Las nanopartículas de menos de 100 nanómetros de tamaño se utilizan para diseñar nuevos materiales y nanotecnologías en una variedad de sectores. Su pequeño tamaño significa que estas partículas tienen una relación de área de superficie a volumen muy alta y sus propiedades dependen en gran medida de su tamaño. forma y moléculas ligadas. Esto ofrece a los ingenieros una mayor flexibilidad a la hora de diseñar materiales que se pueden utilizar en nuestra vida diaria. Las nanopartículas se encuentran en cremas y cosméticos bloqueadores solares, así como en el interior de nuestro cuerpo. como vehículos de administración de fármacos y como agentes de contraste para productos farmacéuticos. Las nanopartículas de oro están demostrando ser una herramienta de próxima generación en nanoingeniería como catalizador eficaz en dimensiones tan pequeñas. Sin embargo, Los nanomateriales también suponen un riesgo potencial, ya que sus interacciones con la materia viva y el medio ambiente no se comprenden completamente, lo que significa que es posible que no funcionen como se esperaba, por ejemplo en el cuerpo humano.

Si bien los científicos han podido ajustar y diseñar las propiedades de las nanopartículas cambiando su tamaño, forma, química superficial e incluso estado físico, tal variedad de posibilidades significa que dictar con precisión cómo se comportan las partículas a esa pequeña escala también se vuelve extremadamente difícil. Esto es de particular preocupación ya que confiamos en el uso potencial de nanopartículas dentro del cuerpo humano. Las nanopartículas de oro son buenos portadores de moléculas grandes y pequeñas, haciéndolos ideales para transportar medicamentos a las células humanas. Sin embargo, predecir hasta qué punto son absorbidos por las células y su toxicidad, es difícil, al igual que comprender los riesgos asociados a la salud con el uso de estos nanomateriales.

Una colaboración europea de investigadores, incluidos científicos del Institut Laue-Langevin (ILL), Universidad de Tampere, Universidad de Helsinki, Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología, y Université Grenoble Alpes, investigó las influencias físicas y químicas cuando las nanopartículas de oro interactúan con una membrana biológica modelo para identificar los mecanismos de comportamiento que tienen lugar. Comprender mejor los factores que determinan si las nanopartículas son atraídas o repelidas por la membrana celular. ya sean adsorbidos o internalizados, o si provocan desestabilización de la membrana, nos ayudará a conseguir que las nanopartículas interactúen con nuestras células de forma controlada. Esto es particularmente importante cuando se utilizan nanopartículas de oro para la administración de fármacos, por ejemplo.

Como se describe en la revista Pequeña , Los investigadores utilizaron una combinación de técnicas de dispersión de neutrones y métodos computacionales para estudiar la interacción entre nanopartículas de oro catiónicas cargadas positivamente y membranas lipídicas modelo. El estudio mostró cómo la temperatura y la carga lipídica modulan la presencia de barreras energéticas que afectan la interacción de la nanopartícula con la membrana. Es más, Se revelan diferentes mecanismos moleculares para las interacciones nanopartícula-membrana que explican cómo las nanopartículas se internalizan en las membranas lipídicas, y cómo actúan cooperativamente para desestabilizar una membrana lipídica cargada negativamente.

Usando Dinámica Molecular (MD), un método de simulación computacional para estudiar el movimiento de los átomos, los investigadores demostraron cómo las nanopartículas de oro interactuaban dentro del sistema a nivel atómico. Esto proporciona una herramienta complementaria para interpretar y explicar los datos obtenidos en sistemas reales mediante reflectometría de neutrones. Este estudio muestra de manera convincente que la combinación de métodos computacionales y de dispersión de neutrones proporciona una mejor comprensión que solo uno de los métodos.

Giovanna Fragneto, El director de soporte y ciencia de la materia blanda en ILL dijo:"Las nanopartículas están demostrando ser una herramienta invaluable para ayudarnos a abordar una serie de desafíos sociales. Por ejemplo, así como los mecanismos para la administración de fármacos, las partículas de oro pueden resultar útiles para la obtención de imágenes de cáncer. Con tanta promesa para el futuro es importante que desarrollemos las herramientas para investigar mejor los nanomateriales, para que podamos aprovecharlos de manera eficaz y segura. Esto es posible gracias a los avances en las técnicas de la ciencia de los neutrones y los avances en el entorno de la muestra y la preparación de la muestra, realizado en instalaciones como ILL ".

Marco Maccarini, científico investigador de la Université Grenoble Alpes, dijo:"Hay miles de nanopartículas diferentes de diferentes tamaños y composiciones, que impactan a las células de manera diferente. La complementariedad de las técnicas computacionales y de neutrones destacadas en este estudio ha ayudado a proporcionar una indicación más clara de lo que influye en el comportamiento de las nanopartículas. Esto nos ayudará a predecir cómo las células interactuarán con las nanopartículas en el futuro ".