Одноразмерные наноструктуры, такие как нанотрубки, золотые нанонити или асбестовые волокна, могут оказывать токсическое действие на живые клетки. Ученые связывают это с неполным поглощением клетками столь длинных наночастиц. У некоторых типов клеток существуют специальные рецепторы, при помощи которых они распознают частицы для фагоцитирования. В человеческом организме этим занимаются, прежде всего, специализированные фаготицирующие клетки - макрофаги; но и у других типов клеток существуют подобные рецепторы: например, у клеток печени, соединительной ткани, эпителия лёгких. Чужеродные частицы размерами около 50-100 нм, попавшие в организм, в норме распознаются и фагоцитируются такими клетками; при этом частицы окружаются мембраной и погружаются в цитозоль, формируя мембранные пузырьки - эндосомы. Со временем эндосомы созревают и превращаются в лизосомы - мембранные пузырьки с набором разрушающих ферментов внутри. Отгороженные от цитозоля мембраной, эти ферменты не могут нанести вреда клетке, но зато разрушают поглощенную частицу.
При неполном фагоцитозе этот процесс нарушается: формирование эндосомы еще не завершено, а на поглощенном конце нанотрубки или волокна уже идет формирование лизосомы с накоплением соответствующих ферментов. В итоге эти ферменты высвобождаются наружу, вызывая воспалительный ответ в окружающих тканях и провоцируя апоптоз незадачливых клеток.
Зачем же клетки вообще пытаются фаготицировать то, с чем они не в состоянии справиться? Ответ на этот вопрос предложила группа ученых из США. Они заметили, что помещенные на поверхность клеток печени мыши многостенные углеродные нанотрубки с закрытым концом входят в клетку под прямым или близким к прямому углом (рис. 1). Мало того, если трубки нанесены на поверхность клеточной мембраны длинной стороной, то при поглощении они все равно стремятся развернуться перпендикулярно мембране!
Ученые предположили, что это связано с минимизацией энергии упругой деформации мембраны. Для проверки этого предположения они воспользовались методом молекулярной динамики (компьютерной симуляции) и смоделировали процесс погружения закрытой с торца нанотрубки в липидную мембрану, содержащую рецепторы для связывания частиц. Как видно из рисунка 3, нанотрубка действительно стремится развернуться перпендикулярно мембране.
Теперь понятно, почему клетки вообще берутся за непосильную для них задачу. Нанотрубка с торца выглядит неотличимо от более короткой частицы, и клетки попросту не знают, за что берутся.
Работа «Cell entry of one-dimensional nanomaterials occurs by tip recognition and rotation» опубликована в Nature Nanotechnology.
интересно
