La recherche est importante car les nanomatériaux comme les nanotubes de carbone sont prometteurs en médecine, tels qu'agir comme des véhicules pour transporter des médicaments vers des cellules spécifiques ou vers des endroits spécifiques dans le corps humain. Si les scientifiques peuvent pleinement comprendre comment les nanomatériaux interagissent avec les cellules, ils peuvent alors concevoir des produits qui aident les cellules plutôt que de leur nuire.

"Si nous pouvons pleinement comprendre (la dynamique des nanomatériaux-cellules), nous pouvons fabriquer d'autres tubes qui peuvent contrôler la façon dont les cellules interagissent avec les nanomatériaux et ne pas être toxiques, " a déclaré Gao. "Nous voulons finalement arrêter l'attraction entre la nanopointe et la cellule."

Comme les fibres d'amiante, les nanotubes de carbone et les nanofils d'or disponibles dans le commerce ont des pointes arrondies qui varient souvent de 10 à 100 nanomètres de diamètre. La taille est importante ici; le diamètre correspond bien aux paramètres de la cellule pour ce qu'elle peut gérer. En frôlant le nanotube, des protéines spéciales appelées récepteurs sur la cellule entrent en action, regrouper et plier la paroi de la membrane pour envelopper la cellule autour de la pointe du nanotube dans une séquence que les auteurs appellent "reconnaissance de la pointe". Au fur et à mesure que cela se produit, le nanotube est incliné à un angle de 90 degrés, ce qui réduit la quantité d'énergie nécessaire à la cellule pour engloutir la particule.

Une fois que l'engloutissement - l'endocytose - commence, il n'y a pas de retour en arrière. Dans quelques minutes, la cellule sent qu'elle ne peut pas engloutir complètement la nanostructure et compose essentiellement le 911. "À ce stade, c'est trop tard, " dit Gao. " Il est en difficulté et appelle à l'aide, déclenchant une réponse immunitaire qui peut provoquer une inflammation répétée."

L'équipe a émis l'hypothèse de l'interaction à l'aide de simulations de dynamique moléculaire à gros grains et de nanotubes de carbone à parois multiples coiffés. Dans des expériences impliquant des nanotubes et des nanofils d'or et des cellules hépatiques de souris et des cellules mésothéliales humaines, les nanomatériaux sont entrés dans les cellules la pointe en premier et à un angle de 90 degrés environ 90 % du temps, rapportent les chercheurs.

"Nous pensions que le tube allait reposer sur la membrane cellulaire pour obtenir plus de sites de liaison. Cependant, nos simulations ont révélé que le tube tournait régulièrement à un degré d'entrée élevé, avec sa pointe entièrement enveloppée, " dit Xinghua Shi, premier auteur de l'article qui a obtenu son doctorat à Brown et est à l'Académie chinoise des sciences à Pékin. "C'est contre-intuitif et est principalement dû à la libération d'énergie de flexion lorsque la membrane enveloppe le tube."

L'équipe aimerait étudier si les nanotubes sans pointes arrondies - ou les nanomatériaux moins rigides tels que les nanorubans - posent le même dilemme pour les cellules.

"De façon intéressante, si la pointe arrondie d'un nanotube de carbone est coupée (c'est-à-dire que le tube est ouvert et creux), le tube repose sur la membrane cellulaire, au lieu d'entrer dans la cellule à un angle élevé, " dit Shi.