Las nanopartículas de carbono son una herramienta prometedora para aplicaciones biomédicas, por ejemplo, para el transporte dirigido de compuestos biológicamente activos al interior de las células. Un equipo de investigadores de la Física, Los departamentos de Medicina y Química de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) han examinado ahora si estas partículas son potencialmente peligrosas para el organismo y cómo las células las afrontan una vez que se han incorporado. Los hallazgos del estudio interdisciplinario se acaban de publicar en la revista Informes científicos .

Las nanopartículas son más pequeñas que cinco nanómetros (un nanómetro es una millonésima de milímetro), lo que corresponde aproximadamente al tamaño de las macromoléculas. Estas partículas diminutas se absorben muy fácilmente en las células del cuerpo. Hay dos aspectos de esta función. Primeramente, hace que las nanopartículas sean buenos vehículos para transportar una amplia gama de compuestos o sustancias adheridas a ellas al interior de las células enfermas normales de manera selectiva.

Por otra parte, también pueden plantear riesgos para la salud, por ejemplo, en relación con material particulado. Una de las formas en que se crea la materia particulada es en los procesos de combustión, y parte de eso se puede clasificar como nanopartículas. Estas partículas extremadamente pequeñas pueden superar la barrera sangre-aire y penetrar en el cuerpo:la mucosa bronquial de los pulmones no filtra las partículas. En lugar de, se abren camino hacia los alvéolos pulmonares y de allí al torrente sanguíneo.

Junto a los grupos de trabajo del departamento de Química, Investigadores de HHU del Instituto de Física Experimental de la Materia Condensada que trabajan con el Prof.Dr. Thomas Heinzel y del Departamento de Hematología, Oncología e Inmunología Clínica que trabajan con el Prof. Dr. Rainer Haas ahora han estudiado lo que sucede cuando las células del cuerpo absorben tales nanopartículas. Los investigadores utilizaron nanopartículas hechas de grafeno; esta es una forma especial de carbono que comprende capas bidimensionales de anillos de carbono hexagonales. Los añadieron a células madre hematopoyéticas especiales denominadas células madre CD34 +. Estas células son particularmente sensibles a las influencias ambientales dañinas debido a su capacidad para dividirse a lo largo de su vida. La suposición es que estas células resultarían más dañadas por las nanopartículas, en todo caso, que los otros tipos de células más robustas.

El equipo interdisciplinario de investigadores con sede en Düsseldorf pudo demostrar que las nanopartículas de carbono ingresan a las células, donde están encapsulados en orgánulos especiales llamados lisosomas. Los lisosomas sirven como un tipo de unidad de eliminación de desechos para el cuerpo donde los cuerpos extraños se acumulan y normalmente se descomponen con la ayuda de enzimas. Sin embargo, los investigadores no observaron ningún proceso de este tipo durante la duración de los experimentos, que duró varios días.

Al comparar los genes activos ("expresión génica") de las células madre con y sin la adición de nanopartículas, los investigadores encontraron que solo uno de un total de 20, 800 expresiones registradas habían cambiado; los efectos menores se determinaron en 1, 171 expresiones genéticas.

El profesor Heinzel dijo lo siguiente con respecto a los hallazgos:"La encapsulación de las nanopartículas en los lisosomas garantiza que estas partículas se almacenen de forma segura al menos durante unos días, mientras duren nuestros experimentos, y no puedan dañar la célula. Esto significa que la célula sigue siendo viable sin ningún cambio importante en la expresión génica ". Esta información es importante si se van a utilizar nanopartículas para administrar medicamentos a la célula. El marco experimental utilizado aquí no permite hacer declaraciones a largo plazo con respecto a una mayor probabilidad de mutación celular que resulte en cáncer.

La investigación se llevó a cabo como una estrecha colaboración entre la Facultad de Matemáticas y Ciencias Naturales y la Facultad de Medicina de HHU y el Hospital Universitario de Düsseldorf. La Escuela de Oncología de Düsseldorf (dirigida por el Prof. Dr. Sebastian Wesselborg) financió la beca de doctorado del primer autor Stefan Fasbender. El profesor Haas dijo:"La proximidad del Hospital y la Universidad y sus estrechos vínculos en términos de contenido proporciona a HHU un entorno particularmente fructífero para la investigación traslacional, donde los conocimientos y la experiencia de la investigación básica se combinan con aspectos relevantes para el tratamiento ".