Deux cellules souches CD34+ contenant des nanoparticules de carbone (couleur magenta); les noyaux cellulaires peuvent être vus en bleu. Les chercheurs ont découvert que les nanoparticules sont encapsulées dans les lysosomes cellulaires. Crédit :HHU / Stefan Fasbender
Les nanoparticules de carbone sont un outil prometteur pour les applications biomédicales, par exemple, pour le transport ciblé de composés biologiquement actifs dans les cellules. Une équipe de chercheurs de la Physique, Les départements de médecine et de chimie de l'Université Heinrich Heine de Düsseldorf (HHU) ont maintenant examiné si ces particules sont potentiellement dangereuses pour l'organisme et comment les cellules y font face une fois qu'elles ont été incorporées. Les résultats de l'étude interdisciplinaire viennent d'être publiés dans la revue Rapports scientifiques .
Les nanoparticules sont plus petites que cinq nanomètres, un nanomètre étant un millionième de millimètre, ce qui correspond approximativement à la taille des macromolécules. Ces minuscules particules sont très facilement absorbées par les cellules du corps. Il y a deux aspects à cette fonctionnalité. Premièrement, il fait des nanoparticules de bons véhicules pour transporter une large gamme de composés ou de substances qui leur sont attachés dans des cellules malades normales d'une manière ciblée.
D'autre part, ils peuvent également présenter des risques pour la santé, par exemple en rapport avec les particules. L'une des façons dont les matières particulaires sont créées est dans les processus de combustion, et une partie de celle-ci peut être classée comme nanoparticules. Ces particules extrêmement petites peuvent franchir la barrière hémato-air et pénétrer dans le corps :la muqueuse bronchique des poumons ne filtre pas les particules. Au lieu, ils pénètrent dans les alvéoles pulmonaires et de là dans la circulation sanguine.
En collaboration avec les groupes de travail du département Chimie, Chercheurs HHU de l'Institut de physique expérimentale de la matière condensée travaillant sous la direction du professeur Thomas Heinzel et du département d'hématologie, L'oncologie et l'immunologie clinique, sous la direction du professeur Dr Rainer Haas, ont maintenant étudié ce qui se passe lorsque les cellules du corps absorbent de telles nanoparticules. Les chercheurs ont utilisé des nanoparticules à base de graphène; il s'agit d'une forme spéciale de carbone qui comprend des couches bidimensionnelles d'anneaux de carbone hexagonaux. Ils les ont ajoutés à des cellules souches hématopoïétiques spéciales appelées cellules souches CD34+. Ces cellules sont particulièrement sensibles aux influences néfastes de l'environnement en raison de leur capacité à se diviser tout au long de leur vie. L'hypothèse est que ces cellules seraient plus endommagées par les nanoparticules, voire pas du tout, que les autres types de cellules plus robustes.
L'équipe interdisciplinaire de chercheurs basée à Düsseldorf a pu démontrer que les nanoparticules de carbone pénètrent dans les cellules, où ils sont encapsulés dans des organites spéciaux appelés lysosomes. Les lysosomes servent de type d'unité d'élimination des déchets pour le corps où les corps étrangers s'accumulent et sont normalement décomposés à l'aide d'enzymes. Cependant, les chercheurs n'ont observé aucun processus de ce type pendant la durée des expériences, qui a duré plusieurs jours.
Lors de la comparaison des gènes actifs ("expression génique") de cellules souches avec et sans ajout de nanoparticules, les chercheurs ont découvert que seulement un sur un total de 20, 800 expressions enregistrées avaient changé; des effets mineurs ont été déterminés dans un autre 1, 171 expressions de gènes.
Le professeur Heinzel a déclaré ceci à propos des résultats :« L'encapsulation des nanoparticules dans les lysosomes garantit que ces particules sont stockées en toute sécurité au moins pendant quelques jours - pour la durée de nos expériences - et ne peuvent pas endommager la cellule. Cela signifie que la cellule reste viable sans aucun changement majeur dans l'expression des gènes." Cette idée est importante si les nanoparticules doivent être utilisées pour administrer des médicaments dans la cellule. Le cadre expérimental utilisé ici ne permet aucune déclaration à long terme concernant une probabilité accrue de mutation cellulaire entraînant un cancer.
La recherche a été menée en étroite collaboration entre la faculté de mathématiques et de sciences naturelles de HHU et la faculté de médecine et l'hôpital universitaire de Düsseldorf. L'école d'oncologie de Düsseldorf (dirigée par le professeur Dr. Sebastian Wesselborg) a financé la bourse de doctorat du premier auteur Stefan Fasbender. Le Pr Haas a déclaré :« La proximité de l'Hôpital et de l'Université et leurs liens étroits en termes de contenu offrent au HHU un environnement particulièrement fructueux pour la recherche translationnelle, où les connaissances et l'expertise de la recherche fondamentale sont combinées avec des aspects pertinents pour le traitement. »