L’interazione delle nanoparticelle con le membrane cellulari
Le NP hanno dimensioni dell’ordine delle molecole. Tali dimensioni sono all’origine, contemporaneamente, sia delle loro proprietà uniche e straordinarie sia della loro capacità di invadere le cellule. È quindi necessario elaborare modelli basati su dati realistici, che permettano di prevedere la tossicità delle nuove NP, riducendo al minimo i test eseguiti sugli animali durante la fase iniziale di design. L’obiettivo del progetto MEMBRANENANOPART (Modelling the mechanisms of nanoparticle-lipid interactions and nanoparticle effects on cell membrane structure and function), finanziato dall’UE, era di sviluppare modelli dell’interazione delle NP con la membrana cellulare, nonché l’introduzione nelle cellule e la tossicità. L’obiettivo finale era di creare strumenti per la valutazione della tossicità e favorire la produzione di nanomateriali sicuri sin dalla progettazione. Il principale strumento di ricerca del team del progetto era una simulazione al computer per i processi di interazione a livello molecolare. I modelli del progetto includevano la descrizione dello strato dell’assorbimento proteico (corona proteica) che si forma sulla superficie delle NP quando si introducono nel mezzo biologico. Il lavoro condotto sulla dinamica molecolare ha permesso l’ottimizzazione dei campi di forza atomici per la modellazione di interfacce hard e soft come regioni di contatto tra NP solide inorganiche e le biomolecole. Utilizzando un modello generico di globulo proteico, il team ha studiato l’assorbimento delle più comuni proteine del plasma sulle superfici di NP generiche, Questi modelli descrivevano anche come le NP attraversano la membrana cellulare. Il team ha studiato la traslocazione delle NP di diossido di titanio attraverso i monostrati e bistrati lipidici. Il team di MEMBRANENANOPART ha identificato le sfide nella modellizzazione dell’interfaccia biomolecole-NP e ha suggerito soluzioni per affrontarle. I nuovi modelli hanno permesso la valutazione dei principi di formazione delle biomolecole NP delle proteine corona e classificate tramite la loro affinità di legamento con le NP. Le proprietà delle NP erano determinate influenzando la loro interazione con le proteine plasmatiche e le membrane cellulari. I modelli di simulazione del globulo proteico sono stati convalidati tramite simulazioni ed esperimenti dettagliati. Infine, il consorzio ha sviluppato un protocollo per la valutazione della tossicità delle NP usando diversi indicatori biochimici e biomolecolari. I risultati ottenuti dal progetto MEMBRANENANOPART hanno fornito strumenti predittivi per chi si occupa di progettare le NP, grazie alla possibilità di collegarne le loro caratteristiche fisicochimiche con la possibile tossicità cellulare. Il solido metodo di screening e il minimo ricorso a test eseguiti in vivo permetteranno di ottenere nanomateriali sicuri per gli esseri umani e per l’ambiente.
Parole chiave
Nanoparticelle, membrana cellulare, tossicità, MEMBRANENANOPART, simulazione al computer
