Els científics han constatat per primera vegada com una nanopartícula travessa una membrana i, per tant, han comprovat que pot entrar a qualsevol lloc, ja que aconsegueix superar l'última barrera. Científics de la URV i de la Universitat de Saarland han observat i quantificat el moment que una nanopartícula d'or travessa la membrana. Els resultats d'aquest treball aporten nous elements al debat sobre la nanotoxicitat, la qual cosa suggereix la necessitat de revisar les normes de seguretat dels nanomaterials

Els nanomaterials formen part de molts productes que utilitzem per a la nostra vida diària: des dels cosmètics (cremes, dentifricis, xampús…) fins als aliments (sucre, sal…), passant per la roba, els edificis de formigó, les pintures, els pneumàtics, els olis, els productes electrònics (telèfons intel·ligents, pantalles…) o els productes farmacèutics (medicaments, imatges mèdiques…).

Un informe recent de l’OCDE indica que les nanopartícules són presents en més de 1.300 productes comercials, la toxicitat potencial dels quals s’ignora per a les persones, els animals i el medi ambient. L’absència d’instruments fiables per monitorar objectes d’escala nanomètrica i l’elevat nombre de mecanismes de possible toxicitat condueixen a regulacions controvertides: per exemple, les nanopartícules presents a les cremes no travessen la pell, però poden entrar en el cos a través dels pulmons o de les capes mucoses. Encara no es coneix prou la forma com les nanopartícules interactuen amb els teixits i amb les barreres humanes, incloses les membranes cel·lulars. Una de les raons és l’enorme dificultat per visualitzar les nanopartícules de forma individual. De fet, els nanoobjectes se situen per sota del límit de difracció i, per tant, de la capacitat dels microscopis òptics. Com a conseqüència, s’han hagut de dissenyar tècniques especials i originals que facilitin l’observació dels esdeveniments en el món submicromètric. Una altra dificultat relacionada amb les partícules minúscules resideix en el fet que es mouen molt ràpid i els processos associats duren amb prou feines unes fraccions de segon; per tant, les mesures també han de ser ràpides.

Partint d’aquestes preocupacions, l’equip de recerca de física teòrica de la Universitat Rovira i Virgili dirigit per Vladimir Baulin, del grup de recerca COMPLEXS: Molecular Simulation I: Complex Systems, del Departament d’Enginyeria Química, i coordinador de la Xarxa Europea d’ITN SNAL (http://itn-snal.net/), ha dissenyat un projecte per investigar la interacció entre les nanopartícules i les membranes lipídiques. En les simulacions per ordinador, els investigadors han creat una bicapa perfecta, en la qual totes les cues de lípids no es mouen de dins de la membrana. A partir dels seus càlculs, l’equip del Dr. Baulin ha observat que les petites nanopartícules hidròfobes —que repel·len l’aigua— es poden inserir en la bicapa lipídica, si  tenen una grandària similar a l’espessor de la membrana (al voltant de 5 nanòmetres). Han comprovat que aquestes nanopartícules queden atrapades a la membrana cel·lular, com és comunament acceptat per la comunitat científica.

La sorpresa ha saltat en estudiar el cas de les nanopartícules superhidròfobes, ja que no només es poden inserir a la membrana de la cèl·lula, sinó que, a més, se’n poden escapar  de forma espontània. “És generalment acceptat que, com més petit és un objecte, més facilitat té per creuar barreres. Aquí hem vist l’escenari contrari: nanopartícules de més de 5 nanòmetres poden creuar la bicapa de manera espontània”, apunta Baulin.

Va ser en aquest punt quan el grup de la URV va entrar en contacte amb un equip de recerca dirigit per l’investigador Jean-Baptiste Fleury, de la Universitat de Saarland (Alemanya), per confirmar aquest mecanisme i estudiar experimentalment aquest fenomen únic, en què s’observa el desplaçament de la nanopartícula. Amb aquest propòsit van dissenyar un experiment de microfluids per formar sistemes bicapa de fosfolípids, que es poden considerar membranes de cèl·lules artificials. Amb aquesta configuració experimental, van explorar la interacció de les nanopartícules individuals amb aquesta mena de membrana artificial. Les nanopartícules d’or utilitzades tenien una monocapa de lípids adsorbits que en garantia la dispersió estable i n’evitava l’agrupació. Utilitzant una combinació de microscòpia de fluorescència òptica i mesuraments electrofisiològics, l’equip del Dr. Fleury podria seguir les partícules individuals que creuen una bicapa i estudiar-ne el seu camí a escala molecular. Tal com predeien les simulacions, es va observar que les nanopartícules s’insereixen en la bicapa mitjançant la dissolució del seu recobriment de lípids a la membrana artificial. Les nanopartícules amb un diàmetre igual o superior a 6 nanòmetres (l’extensió característica d’una bicapa) són capaces d’escapar-se de la bicapa de nou en molt pocs mil·lisegons, mentre que les nanopartícules més petites queden atrapades en el nucli de la bicapa.

El descobriment del fet que petites nanopartícules d’or poden travessar ràpidament cèl·lules de barrera protectores, com la bicapa lipídica, pot plantejar problemes de seguretat dels nanomaterials per al públic i suggereix la necessitat de revisar les normes de seguretat a escala nanomètrica i de cridar l’atenció sobre la seguretat dels nanomaterials en general.

Referència bibliogràfica: Yachong Guo, Emmanuel Terazzi, Ralf Seemann, Jean Baptiste Fleury, Vladimir A. Baulin, “Direct proof of spontaneous translocation of lipid-covered hydrophobic nanoparticles through a phospholipid bilayer”. Science Advances DOI: 10.1126/sciadv.1600261