Oddziaływania nanocząstek z błoną komórkową
Nanocząstki są materiałami o wielkości rzędu molekuł. Niewielki rozmiar nie tylko nadaje im wyjątkowe i niepowtarzalne właściwości, ale sprawia też, że mogą wnikać do komórek. Aby móc prognozować toksyczność nowych nanocząstek i ograniczyć zapotrzebowanie na testy na zwierzętach na wczesnym etapie projektowania, niezbędne są modele stworzone na bazie realistycznych danych. Naukowcy zainicjowali finansowany przez UE projekt MEMBRANENANOPART (Modelling the mechanisms of nanoparticle-lipid interactions and nanoparticle effects on cell membrane structure and function), aby opracować modele oddziaływań nanocząstek z błoną komórkową, wnikania ich do komórek i toksyczności. Ostatecznym celem było stworzenie narzędzi do oceny toksyczności i ułatwiania produkcji nanomateriałów, których bezpieczeństwo można określić już na etapie projektu. Główną metodą badawczą zespołu projektu była symulacja komputerowa przebiegu oddziaływań na poziomie molekularnym. Modele opracowane podczas projektu opisują warstwę adsorpcyjną białek (koronę białkową), która tworzy się na powierzchni nanocząstek po wniknięciu do środowiska biologicznego. Prace nad dynamiką molekularną umożliwiły zoptymalizowanie pola siłowego na poziomie atomowym, aby modelować powierzchnie styku twardego materiału z miękkim, na przykład litej nieorganicznej nanocząstki z biocząsteczką. Korzystając z ogólnego, gruboziarnistego modelu białka globularnego zespół analizował adsorpcję najpowszechniejszych białek osocza na modelowych powierzchniach nanocząstek. Modele pozwalają też opisać proces przenikania nanocząstek przez błonę komórkową. Zespół badał przenikanie nanocząstek tlenku tytanu poprzez mono- i dwuwarstwę lipidową. Dzięki projektowi MEMBRANENANOPART określono wyzwania w modelowaniu powierzchni styku biomolekuł z nanocząstkami i zaproponowano możliwe rozwiązania. Nowe modele umożliwiają wyjaśnienie powstawania korony białkowej nanocząstek oraz tworzenie rankingu biocząsteczek według powinowactwa wiązania do nanocząstek. Właściwości nanocząstek badano poprzez wpływanie na ich oddziaływania z białkami osocza i błonami biologicznymi. Zwalidowano modele gruboziarniste podczas szczegółowych symulacji i doświadczeń. Na koniec konsorcjum opracowało protokół oceny toksyczności nanocząstek według różnych wskaźników biochemicznych i biomolekularnych. Wyniki projektu MEMBRANENANOPART dostarczyły narzędzi prognostycznych do projektowania nanocząstek, pozwalający przewidzieć ich cytotoksyczność na podstawie ich właściwości fizykochemicznych. Wiarygodne narzędzie przesiewowe, minimalizujące zapotrzebowanie na testy in vivo, zwiększy bezpieczeństwo nanomateriałów dla ludzi i środowiska.
Słowa kluczowe
Nanocząstka, błona komórkowa, toksyczność, MEMBRANENANOPART, symulacja komputerowa
