Поверхностный заряд наночастиц влияет на характер их взаимодействия с клеточными мембранами
 Схематическое изображение экспериментальной установки, а также процесса взаимодействия наночастицы, имеющей на поверхности анионную или катионную группу, с идеализированной мембраной. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Наночастицы золота являются особо хорошим инструментом для доставки лекарственных препаратов к пораженным областям организма, благодаря тому, что они могут быть «нагружены» полезными молекулами, к примеру, противораковыми составами. Их поверхность может быть легко модифицирована с помощью антител, реагирующих на специфические параметры клеток опухоли. Кроме того, частицы могут быть сделаны биосовместимыми и даже генерировать тепло при освещении светом. Это тепло вполне может использоваться для локального уничтожения раковых клеток без ущерба для здоровых тканей. В связи с этим золотые наночастицы идеальны для фототермической терапии, ведь их оптические свойства могут быть «настроены» в ближнюю инфракрасную область электромагнитного спектра (т.е. на спектральный диапазон, электромагнитные волны из которого глубоко проникают в биологические ткани).
Предыдущие исследования показали, что на характер взаимодействия с клетками влияет целый ряд факторов, таких как форма наночастиц, их размеры и поверхностный заряд. Теперь же совместная команда ученых из Institut Laue-Langevin (Франция), University of Chicago (США) и Australian Nuclear Science and Technology Organization (Австралия) показала, как именно наночастица золота влияет на структуру клеточной мембраны (первый барьер, через который должно проникнуть любое инородное тело, которое необходимо ввести в организм), в зависимости от своих характеристик.
Настоящие клеточные мембраны – крайне сложные структуры, состоящие из ассиметричного липидного биослоя, содержащего несколько типов липидов со встроенным белком. Производство столь сложных структур в лаборатории затруднительно. Поэтому исследователи в рамках своей работы изучали упрощенную мембрану, изготовленную только из одного вида липидов, относящихся к наиболее распространенной группе веществ, формирующих мембраны (иными словами, была сформирована «идеальная» модель клеточной мембраны). В рамках эксперимента два слоя таких липидных молекул располагались на расстоянии примерно 20 – 30 ангстрем друг от друга.
Для исследования структуры применялась методика нейронной рефлектометрии, способная характеризовать слоистые структуры, нанесенные на плоскую поверхность, с разрешением в доли нанометра. Нейроны идеально подходят для изучения сложных интерфейсов, поскольку в ходе исследования происходит очень слабое взаимодействие с веществом (благодаря нулевому заряду). Таким образом, нейроны могут последовательно проникать через слои структуры.
В рамках экспериментов ученые наблюдали за тем, как золотая наночастица диаметром 2 нм, на поверхности которой находится катионная или анионная группа, взаимодействует с идеализированной клеточной мембраной. Оказалось, что наличие положительного или отрицательного заряда на поверхности наночастицы действительно играет важнейшую роль в процессе взаимодействия. Наночастицы, содержащие катионную группу, проходят через мембрану, дестабилизируя ее (чего вполне достаточно, чтобы разрушить клетку при большей концентрации наночастиц). И наоборот, наночастицы, содержащие анионную группу, не проникают через мембраны вообще, а скорее препятствуют ее разрушению при заданной концентрации, помогая ей противодействовать таким экстремальным условиям, как повышенные значения pH (способные дестабилизировать клетку).
Прежде чем делать окончательные выводы, команда планирует посмотреть на результаты взаимодействия наночастиц с мембранами, содержащими несколько различных липидов (которые более напоминают реальные мембраны).
Подробные результаты работы можно найти в Langmuir.
Также по теме:
- Наночастицы восстанавливают поврежденные поверхности
- Как открыть окно в биологической клетке?
- Покрытие из новых двумерных кристаллов позволяет легко получать электроэнергию
- Ученые предложили еще одно применение наночастиц из золота
- В оптических ограничителях придется учитывать форму наночастиц
Источники: