Наночастицы убивают или защищают клетку в зависимости от своего заряда

Учёные, ведомые Марко Маккарини (Marco Maccarini) из Института Лауэ-Ланжевена (Франция), предприняли несколько экспериментов по выяснению воздействия заряженных наночастиц на клеточную мембрану и пришли к потенциально весьма многообещающим выводам.

Мембраны клетки живого существа невероятно сложны, если вы намерены воспроизвести их в лаборатории с нуля. Обычно они состоят из асимметричных двухслойный липидов, что чрезвычайно затрудняет создание их аналогов. Поэтому учёные ограничились упрощённой мембраной, сделанной всего из одного липида, — в виде двух двухслойных молекул, разделённых 20–30 Å.

Для анализа происходящего применялся метод нейтронной рефлектометрии, позволяющей вести изучение происходящего под поверхностью липидов без их разрушения. Использовались наночастицы из золота (диаметром в 2 нм каждая) двух типов: к поверхности одних прикреплялась катионная группа, а к другим — анионная.

В итоге выяснилось, что реакция мембраны на наночастицы с разным зарядом радикально отличается. Катионные наночастицы проникали через мембрану, дестабилизируя её структуру. В реальных условиях воздействия на живую клетку высокая концентрация таких наночастиц просто уничтожила бы всё живое.

Напротив, анионные наночастицы не преодолевали мембрану и даже затрудняли её разложение в условиях повышенного pH, причём сохраняли её целостность в условиях, которые без них привели бы к полному уничтожению мембраны.

«То, что эти наночастицы могут атаковать внешние стенки клетки, конечно, беспокоит, но потенциально это просто восхитительно в смысле открывающихся медицинских перспектив», — считает Марко Маккарини.

Дело в том, что золотые наночастицы и так рассматриваются в качестве одних из главных претендентов на средство фототермальной терапии рака. Благодаря контролируемой форме поверхности они способны сцепляться с заранее выбранным видом клеток, отличая раковые от нормальных. «Приземляясь» на опухолевые клетки и не затрагивая здоровые ткани, после облучения в инфракрасном диапазоне, способном проникнуть глубоко под кожу, такие наночастицы дают сильнейший локальный разогрев, уничтожая раковые клетки.

Если же к этому удастся добавить усиление воздействия разрушением мембраны катионными наночастицами, стремящимися только к мутантным клеткам, оставляя в стороне здоровые, то эффективность нанотерапии рака может существенно вырасти.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Langmuir.