Una recerca de la URV mostra que és possible controlar el transport de nanomaterials a través de la membrana cel·lular, ajustant-ne la tensió

Els efectes biològics i la toxicitat dels nanomaterials que interactuen amb les cèl·lules cada vegada s’entenen més, però cal aprofundir en els mecanismes pels quals els nanomaterials poden travessar les membranes dels lípids. A més, dels mecanismes de transport comú com ara l’endocitosi  -pel qual cèl·lula capta material de l’espai extracel·lular cap al seu interior-, que ja s’han discutit amb profunditat, els principis de la física indiquen que n’hi poden haver d’altres. Seguint aquesta hipòtesi, l’equip de físics teòrics de la Universitat Rovira i Virgili de Tarragona, encapçalat per l’investigador Vladímir Baulin, ha dissenyat un projecte de recerca per investigar la interacció entre les membranes lipídics i els nanotubs de carboni. En simulacions computacionals, els investigadors han estudiat el que anomenen “model de membrana lipídica”, formada per només un tipus de lípid. L’equip de Baulin ha observat que, segons els seus càlculs, els nanotubs de carboni ultracurts es poden inserir perpendicularment a la membrana cel·lular formada per bicapa lipídica, les barreres que protegeixen la cèl·lula.

Han constatat que aquests nanotubs queden atrapats a la membrana cel·lular, cosa que està generalment acceptada per la comunitat científica. Sorprenentment, però, quan han estirat la membrana cel·lular del seu model i hi han inserit els nanotubs que estaven atrapats a la bicapa, de sobte han començat a escapar-se per tots dos costats. Això significa que és possible controlar el transport de nanomaterials a través de la membrana cel·lular ajustant-ne la tensió.

En aquest punt Baulin ha contactat amb l’investigador  Jean-Baptiste Fleury, de la Universitat de Saarland (Alemanya), per confirmar aquest mecanisme i per fer un estudi experimental d’aquest fenomen de transport afavorit per la tensió. Fleury i el seu equip han dissenyat un experiment de microfluids amb una bicapa fosfolipídica ben controlada, un model per a membranes cel·lulars i amb nanotubs de carboni ultracurts (10 nm de longitud). Els nanotubs tenien una monocapa lipídica adsorbida que garanteix que es dispersin de forma estable i impedeix que s’agrupin. Utilitzant una combinació de microscopi fluorescent i mesures electrofisiològiques al mateix temps, l’equip de Fleury ha pogut seguir els nanotubs individuals que travessaven la bicapa i aclarir el recorregut des del punt de vista molecular. Tal com s’havia previst durant les simulacions, han observat que els nanotubs que s’han inserit a la bicapa mitjançant la dissolució del lípid cobreixen la membrana lipídica. Quan s’aplicava una tensió de 4mN/m a la membrana, els nanotubs s’escapaven espontàniament en tan sols uns quants mil·lisegons. Ara bé, si la tensió era menor, els nanotubs es quedaven atrapats a dins de la membrana. Per tant, aquest nou mecanisme permet un control precís del transport a través de les membranes.

Des d’un altre punt aquest descobriment que petits nanotubs poden passar a través de les barreres que protegeixen les cèl·lules –la bicapa lipídica– pot plantejar dubtes sobre la seguretat dels nanomaterials a la salut pública i estimular la cerca de nous sistemes mecànics per controlar l’administració de medicaments.

Referència bibliogràfica: Guo, Y.; Werner, M.; Seemann, R.; Baulin, V. A.; Fleury, J.-B. Tension-Induced Translocation of Ultra-Short Carbon Nanotube through a Phospholipid Bilayer. ACS Nano 2018. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b04657.