Il comportamento delle nanoparticelle in corrispondenza della membrana cellulare

Le NP sono costituite da materiali che hanno dimensioni dell’ordine delle molecole. Tali dimensioni sono all’origine, contemporaneamente, sia delle loro proprietà uniche e straordinarie sia della loro capacità di invadere le cellule. È quindi necessario elaborare modelli basati su dati realistici, che permettano di prevedere la tossicità delle nuove NP, riducendo al minimo i test eseguiti sugli animali durante la fase iniziale di design.

L’ambito di studio è estremamente vasto, in termini di possibili NP, proprietà fisico-chimiche, tipi di cellule e altri fattori. Gli scienziati hanno avviato il progetto MEMBRANENANOPART, finanziato dall’UE, per sviluppare modelli di interazioni delle NP con la membrana cellulare, del loro ingresso nelle cellule e della conseguente tossicità. La prima parte dell’iniziativa è stata dedicata alle interazioni tra NP e biomolecole e tra NP e membrana cellulare.

I modelli del progetto stanno fornendo una descrizione del livello di assorbimento proteico (corona proteica) che si forma sulla superficie delle NP al loro ingresso nel medium biologico e che partecipa alla loro interazione con la materia vivente. Il lavoro condotto sulla dinamica molecolare atomica ha permesso di ottimizzare i campi di forza atomici per la modellazione di interfacce hard e soft come regioni di contatto tra NP solide inorganiche e le biomolecole.

Utilizzando un modello generico di globulo proteico, il team ha studiato l’assorbimento delle più comuni proteine del plasma sulle superfici di NP generiche, modellando l’aggregazione dei cinque gruppi di NP ingegnerizzati più comuni per raccogliere tutte le possibili informazioni.

I modelli descrivono inoltre il modo in cui le NP attraversano la membrana cellulare. Il team ha studiato la traslocazione delle NP di ossido di titanio attraverso monostrati e bistrati di lipidi, iniziando la formulazione delle relative metodologie.

La valutazione dell’impatto tossicologico delle NP fornirà la base per la successiva correlazione con le loro proprietà, tra cui dimensioni, forma, carica superficiale, idrofobia o idrofilia. I ricercatori hanno sviluppato una metodologia sistematica per la valutazione quantitativa della tossicità che permette il confronto di dati provenienti da fonti diverse.

I risultati ottenuti dal progetto MEMBRANENANOPART forniranno strumenti predittivi per chi si occupa di progettare le NP, grazie alla possibilità di collegarne le loro caratteristiche fisicochimiche con la tossicità cellulare. Il solido metodo di screening e il minimo ricorso a test eseguiti in vivo permetteranno di ottenere nanomateriali sicuri per gli esseri umani e per l’ambiente.