Впервые физики наблюдали и измерили прохождение наночастиц через липидную мембрану

Наночастицы присутствуют в более чем 1300 коммерческих продуктах, от косметики до электроники, но их потенциальная токсичность для людей, животных и окружающей среды до конца не изучена. Одна из причин — огромная сложность визуализации отдельных нанообъектов, размер которых меньше дифракционного предела оптических микроскопов, а связанные с ними процессы длятся доли секунды.

Теоретическое предсказание

Команда теоретической физики Университета Ровира и Вирхили (Испания) под руководством доктора Владимира Баулина в ходе компьютерного моделирования обнаружила, что небольшие гидрофобные наночастицы могут встраиваться в липидный бислой, если их размер сопоставим с толщиной мембраны (~5 нанометров). Частицы остаются в ловушке в мембране, что соответствует общепринятой точке зрения. Однако для супергидрофобных наночастиц наблюдалась иная картина: они могли не только встроиться, но и спонтанно покинуть мембрану.

«Здесь мы видим противоположный сценарий: наночастицы размером >5 нм могут спонтанно пересекать бислой», — говорит доктор Баулин.

Экспериментальное подтверждение

Для проверки этого механизма доктор Баулин обратился к команде доктора Жан-Батиста Флёри из Саарландского университета (Германия). Экспериментаторы создали микрофлюидную систему с фосфолипидным бислоем — искусственной клеточной мембраной. Они исследовали взаимодействие с ней индивидуальных золотых наночастиц, стабилизированных адсорбированным липидным монослоем.

С помощью комбинации флуоресцентной микроскопии и электрофизиологических измерений учёные смогли отследить путь отдельных частиц на молекулярном уровне. Как и предсказывало моделирование, наночастицы встраивались в бислой, растворяя в нём своё липидное покрытие. Частицы с диаметром, равным или превышающим ~6 нм (типичная толщина бислоя), могли покинуть мембрану за несколько миллисекунд, в то время как более мелкие частицы оставались захвачены в её ядре.

Значение открытия

Это открытие быстрой транслокации наночастиц через защитный клеточный барьер — липидный бислой — может вызывать обеспокоенность в отношении безопасности наноматериалов для здоровья и указывает на необходимость пересмотра норм безопасности на наноуровне.