Interazioni di membrana tra nanoparticella e lipide

Le nanoparticelle sono sempre più prevalenti nell’ambiente, a causa delle emissioni di miriadi di prodotti che già si fondano su di esse; inoltre il loro numero è in costante aumento. Ne sono esempi importanti il carbonio nanostrutturato e le nanoparticelle polimeriche. I fullereni C60, nanocarboni, sono additivi per combustibile a base di idrocarburi, rilasciati in atmosfera come sottoprodotto della combustione. Le nanoparticelle di polistirene sono ovunque negli imballaggi di plastica.

I modelli computazionali di interazioni tra particella e cellula possono consentire una migliore comprensione dei rischi biologici e condurre a strumenti rapidi di screening. Alcuni scienziati hanno avviato il progetto PLUM (“Computational study of the interaction between inhaled carbon nanoparticles and lung membranes”), finanziato dall’UE, per studiare gli effetti delle nanoparticelle di C60 e polistirene sulle membrane biologiche.

I ricercatori hanno adottato una modellizzazione di dinamica molecolare per le particelle interagenti, servendosi dell’equazione di Newton del moto. Poiché non esistono ipotesi a priori sui processi di interazione, i risultati della simulazione possono spesso indirizzare verso una nuova fisica o nuovi meccanismi.

Lo studio sulla dispersione del fullerene nelle membrane lipidiche ha portato a impreviste intuizioni circa i meccanismi di dissoluzione. L’assenza di solubilità ha impedito l’estrazione, la purificazione e l’uso del fullerene in componenti e dispositivi. Il team ha dimostrato che le membrane lipidiche sono candidati solventi e ha indicato la probabile motivazione: l’alta densità caratteristica del centro della membrana. Tale nozione dischiude la possibilità di utilizzare doppi strati lipidici come solventi biocompatibili di fullereni.

Da modelli realistici di membrane con fasi allo stato liquido-ordinato e liquido-disordinato, è emerso che le nanoparticelle di polistirene interagiscono fortemente con tali membrane in fase separata. Divengono molto localizzate nei domini disordinati, modificando le loro proprietà meccaniche e termiche. Tali membrane sono modelli per le cosiddette zattere lipidiche, che svolgono ruoli importanti nell’ordinamento e della trasduzione del segnale delle proteine della membrana. I dati evidenziano l’importanza di proseguire gli studi per stabilire se effetti simili avvengono in vivo.

Le simulazioni di dinamica molecolare hanno fornito importanti nozioni approfondite in relazione agli obiettivi del progetto PLUM e non solo. Gli eccezionali effetti su membrane di nanoparticelle di polistirene onnipresenti pongono l’accento sulla necessità critica di ulteriori indagini. I risultati hanno anche indicato un modo nuovo per dissolvere i fullereni, che finora ha costituito uno scoglio nella processazione per l’impiego in dispositivi. Lo sfruttamento dei risultato dovrebbe aumentare la sicurezza di nanoparticelle e consentire nuovi dispositivi che ne fanno uso.