Comportamiento de las nanopartículas en la membrana celular

Las NP son materiales con dimensiones de orden molecular. Los mismos tamaños pequeños que imparten unas propiedades únicas y exóticas también hacen que puedan invadir a las células. Por lo tanto, se requieren modelos basados en datos realistas para predecir la toxicidad de NP nuevas con una experimentación mínima en animales en la fase temprana del diseño.

El alcance es enorme en términos de NP potenciales, propiedades físicoquímicas, tipos de células y otros factores. Unos científicos emprendieron la iniciativa MEMBRANENANOPART, financiada con fondos europeos, para desarrollar modelos de interacciones de las NP con la membrana celular, su introducción en las células y la toxicidad consecuente. La primera mitad del proyecto se ha centrado en las interacciones entre biomolécula y NP y membrana celular y NP.

Los modelos del proyecto están proporcionando una descripción de la capa de adsorción de proteínas (corona de proteínas) que se forma en la superficie de las NP a su entrada en medios biológicos y cumple una función en su interacción con la materia viva. El trabajo sobre la dinámica molecular atomística permitió la optimización de los campos de fuerza atomísticos para modelar interfases duras y blandas como zonas de contacto entre las NP inorgánicas sólidas y las biomoléculas.

Con un modelo común de granulometría gruesa de un glóbulo de proteínas, el equipo estudió la adsorción de las proteínas plasmáticas más comunes en superficies de NP genéricas. Para entenderlo mejor, los científicos modelaron el conjunto de los cinco grupos de NP artificiales más comunes.

Los modelos también describen la manera en la que la NP atraviesa la membrana celular. El equipo estudió la translocación de NP de óxido de titanio a través de monocapas y bicapas de lípidos y comenzó la formulación de metodologías basadas en los resultados.

La evaluación del efecto toxicológico de las NP servirá de base para la posterior correlación con propiedades como el tamaño, la forma, la carga superficial y la hidrofobicidad o hidrofilicidad de las NP. Los científicos desarrollaron una metodología sistemática para la evaluación cuantitativa de la toxicidad que permite la comparación de datos de diferentes fuentes.

Los resultados del proyecto MEMBRANENANOPART proporcionarán herramientas de predicción para que los diseñadores de NP asocien las propiedades fisicoquímicas de las NP con la toxicidad celular. Este método de evaluación riguroso, que conlleva un uso mínimo de pruebas in vivo, garantizará el diseño de nanomateriales seguros tanto para los seres humanos como para el medio ambiente.