La URV i una universitat alemanya demostren que les nanopartícules poden creuar membranes de forma espontània

Científics de la Universitat Rovira i Virgili (URV) i la Saarland University d'Alemanya han constatat, per primera vegada, que una nanopartícula pot travessar una membrana en mil·lisegons i que, per tant, aquestes poden entrar a qualsevol lloc en aconseguir superar l'última barrera. La recerca ha observat i quantificat el moment en què una nanopartícula d'or creua la membrana, a través de cèl·lules de barrera protectores com la bicapa lipídica.

El descobriment pot plantejar problemes de seguretat dels nanomaterials per al públic. Els nanomaterials formen part, segons un informe de la OCDE, de més de 1.300 productes comercials, des de cosmètics, aliments, roba, pneumàtics o formigó. Els científics han suggerit que es revisin les normes de seguretat dels nanomaterials i s'obri el debat sobre la nanotoxicitat amb aquesta nova aportació científica.La forma com les nanopartícules interactuen amb els teixits i amb les barreres humanes, incloses les membranes cel·lulars, encara no es coneix prou. L'absència d'instruments fiables per monitoritzar objectes d'escala nano 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 al cos a través dels pulmons o de les capes mucoses.

La principal dificultat és visualitzar les nanopartícules de forma individual perquè, com que els nano-objectes se situen per sota del límit de difracció, els microscopis òptics no tenen prou capacitat. Com a conseqüència, s'han hagut de dissenyar tècniques especials i originals que facilitin l'observació dels esdeveniments al món submicromètric. A més a més, com que les partícules minúscules es mouen molt ràpid i els processos associats amb elles duren amb prou feines unes fraccions de segon, les mesures també han de ser ràpides.

Amb aquest punt de partida, l'equip de recerca de física teòrica de la URV, dirigit per Vladimir Baulin, ha dissenyat un projecte per investigar la interacció entre les nanopartícules i les membranes lipídiques. En les simulacions per ordinador, els investigadors han creat en primer lloc una "bicapa perfecta", en la qual totes les cues de lípids romanen al seu lloc dins de la membrana. A partir dels seus càlculs, l'equip del doctor Baulin ha observat que les petites nanopartícules hidròfobes —que repelen l'aigua— es poden inserir en la bicapa lipídica si la seva grandària és similar a l'espessor de la membrana (al voltant de 5 nanòmetres) i que romanen atrapades a la membrana cel·lular, com és comunament acceptat per la comunitat científica.

La gran sorpresa ha estat que en el cas de les nanopartícules superhidròfobes que, no només es poden inserir a la membrana de la cèl·lula, sinó que, a més, poden escapar d'ella de forma espontània. Com ha destacat el director de la recerca, han topat amb un escenari contrari al fet que "com més petit és un objecte, més facilitat té per creuar barreres". Els científics han comprovat que les nanopartícules de més de 5 nanòmetres poden creuar la bicapa de manera espontània.

Arribats a aquest punt, l'equip de la URV va entrar en contacte amb un equip de recerca dirigit per l'investigador Jean-Baptiste Fleury, de la Saarland University (Alemanya), per confirmar aquest mecanisme i estudiar experimentalment aquest fenomen únic, en què s'observa aquest 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 aquest tipus de membrana artificial. Les nanopartícules d'or utilitzades tenien una monocapa de lípids adsorbits que garantia la seva dispersió estable i evitava la seva agrupació. Utilitzant una combinació de microscòpia de fluorescència òptica i mesuraments electrofisiològics, l'equip del doctor Fleury podria seguir les partícules individuals que creuen una bicapa i seguir el seu camí a nivell molecular.

Tal com predeien les simulacions, es va observar que les nanopartícules s'insereixen a 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 de la bicapa de nou en molt pocs mil·lisegons, mentre que les nanopartícules més petites romanen atrapades en el nucli de la bicapa.