Neuer Transportmechanismus von Nanopartikeln durch Zellmembranen

18. Februar 2019


Nanopartikel können Zellmembranen durchdringen, wenn deren Spannung geändert wird. Das haben Saarbrücker Experimentalphysiker in Zusammenarbeit mit Kollegen aus dem spanischen Tarragona gezeigt. Die Forscher untersuchten den Transport von Kohlenstoff-Nanoröhrchen durch eine Modellzellmembran. Dabei konnten sie nachweisen, dass es sich beim Durchdringen der Zellmembran um einen physikalischen Prozess handelt, der durch die Membranspannung kontrolliert werden kann. Die Arbeit wurde jetzt in der Fachzeitschrift „ACS Nano“ veröffentlicht.

 

Den theoretischen Teil des Projekts bearbeiteten die Forscher aus Tarragona anhand von Computersimulationen: Am Rechner schufen sie eine künstliche Zellmembran bestehend aus einer Phospholipid-Doppelschicht. „Diese gilt als Modell für die menschliche Zellmembran, die vor allem aus Phospholipiden besteht“, erläutert der Saarbrücker Experimentalphysiker Jean-Baptiste Fleury. Anschließend hätten die spanischen Kollegen rechnerisch nachgewiesen, dass winzige Kohlenstoffröhrchen zwar in diese Doppelschicht eindringen können, jedoch nicht durch sie hindurchwandern. Dies habe sich geändert, sobald im Computermodell die Membranspannung reduziert wurde: In diesem Fall konnten die Nanoröhrchen die Membran spontan durchdringen, sagt Fleury, der zurzeit an der Universität des Saarlandes bei Physik-Professor Ralf Seemann habilitiert und gemeinsam mit ihm ein Forschungsprojekt im Sonderforschungsbereich „Physikalische Modellierung von Nicht-Gleichgewichtsprozessen in biologischen Systemen“ leitet.

 

Die experimentelle Überprüfung der Ergebnisse übernahmen die Saarbrücker Experimentalphysiker. Sie erzeugten die Modellzellmembran aus Phospholipiden in einem so genannten mikrofluidischen Experiment, bei dem kleinste Flüssigkeitsmengen auf engstem Raum eingesetzt werden. Innerhalb eines mikrofluidischen Bauteils brachten sie Wassertröpfchen in Kontakt mit Öl, in dem sich Phospholipide befanden. Diese Lipid-Moleküle sind polar aufgebaut: Sie besitzen einen hydrophilen (wasserliebenden) „Kopf“ und hydrophobe (wasserabstoßende) Enden, die aus zwei Kohlenwasserstoffketten bestehen. „Im Grenzbereich zwischen Wasser und Öl kann die Lipiddoppelschicht spontan entstehen. Ihren Kern bilden die wasserabstoßenden Anteile, während die hydrophilen Enden der Lipide sich nach außen richten“, erläutert Jean-Baptiste Fleury.

 

(Quelle: http://idw-online.de/de/news70796)