Οι πρώτες εικόνες που δείχνουν την είσοδο των νανοσωλήνων από άνθρακα μέσα στα κύτταρα

Πηγή: PhysOrg, 15 Νοεμβρίου 2007

Για πρώτη φορά, επιστήμονες έχουν φωτογραφήσει νανοσωλήνες άνθρακα να εισέρχονται και να μεταναστεύουν μέσα στα ανθρώπινα κύτταρα, που έχει σαν αποτέλεσμα οι νανοσωλήνες να προξενούν το θάνατο των κυττάρων, κάτι όμως που εξαρτάται από τις δόσεις και τον χρόνο της έκθεσης. Η εργασία, που δημοσιεύεται στην διαδικτυακή έκδοση Nanotechnology του περιοδικού Nature, μπορεί να οδηγήσει σε καλύτερους τρόπους αντιμετώπισης της τοξικότητας  των νανοσωλήνων από άνθρακα στους ανθρώπους.

Αυτή η εικόνα του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου παρουσιάζει νανοσωλήνες άνθρακα (σκοτεινές περιοχές) μέσα σε έναν κυτταρικό πυρήνα.

Αυτή η μελέτη είναι η πρώτη που παρουσιάζει οριστικά ότι οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν τη δυνατότητα να περάσουν στο κυτταρόπλασμα και τον πυρήνα ενός κυττάρου.

Μέχρι τώρα πολλές μελέτες είχαν ερευνήσει την τοξικότητα των νανοσωλήνων άνθρακα, μερικές δε κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι νανοσωλήνες είναι έντονα τοξικές ενώ μερικές όχι. Αλλά ποτέ πριν δεν είχαν παρατηρηθεί άμεσα φωτογραφίες στις οποίες να βρίσκονται νανοσωλήνες μέσα στα κύτταρα, ρίχνοντας αμφιβολίες για την ακρίβεια εκείνων των μελετών.

"Τα αντιφατικά στοιχεία όσον αφορά τα τοξικά αποτελέσματα των νανοσωλήνων, έκανε επιτακτική την ανάγκη να μελετηθεί η εισαγωγή τους καθώς και τα κυτταροτοξικά αποτελέσματα τους στα κύτταρα με εναλλακτικούς τρόπους," λέει η επικεφαλής επιστήμονας Alexandra Porter του πανεπιστημίου του Καίμπριτζ.

"Αλλά μέχρι τώρα η άμεση παρατήρηση της εισαγωγής τους στο κύτταρο είχε εμποδιστεί από τις δυσκολίες να διακρίνουμε τους νανοσωλήνες από άνθρακα από τις κυτταρικές δομές πλούσιες και αυτές σε άνθρακα."

Η Porter και οι συνάδελφοι της από το πανεπιστήμιο Καίμπριτζ και το εργαστήριο Daresbury, χρησιμοποιίησαν δύο τύπους μικροσκοπίων για να φωτογραφήσουν νανοσωλήνες άνθρακα με μονό τοίχωμα, καθώς αυτοί εισέρχονταν στα μακροφάγα, που είναι κύτταρα του ανθρώπινου ανοσοποιητικού συστήματος. Έτσι, "πρόσεξαν" ότι οι νανοσωλήνες εισήλθαν στο κυτταρόπλασμα, σε ορισμένα οργανίδια του κυττάρου, και στους πυρήνες.

Η ομάδα επέλεξε τα μακροφάγα επειδή είναι η πρώτη γραμμή υπεράσπισης ενάντια σε ξένα σώματα σε πολλούς ιστούς στο σώμα, συμπεριλαμβανομένου και του ιστού των πνευμόνων. Τα νανοσωματίδια που εισπνέονται, όπως είναι οι νανοσωλήνες άνθρακα με τη μορφή σκόνης, θα πρέπει κανονικά να απορροφηθούν από τα μακροφάγα, που μπορούν να εμποδίσουν τους νανοσωλήνες να μπουν στο εσωτερικό σύστημα του σώματος, όπως είναι το αίμα και τα λύμφη (τα λύμφη είναι ρευστά που περιέχουν λευκοκύτταρα και τα απόβλητα των ιστών, και αποτελούν ένα τμήμα της υπεράσπισης του σώματος ενάντια στη μόλυνση).

Ακολούθως πήραν κύτταρα χρωματισμένα τα οποία εμποτίστηκαν σε διαλύματα νανοσωλήνων κατά τη διάρκεια δύο και τεσσάρων ημερών σε συγκεντρώσεις μεταξύ μηδέν (κανένας νανοσωλήνας) και 10 μικρογραμμαρίων ανά χιλιοστόλιτρο.

Οι εικόνες αποκάλυψαν ότι ακόμη και τα κύτταρα που υποβλήθηκαν σε υψηλότερες συγκεντρώσεις νανοσωλήνων ήταν ακόμα σχετικά υγιή μετά από δύο ημέρες. Δεν υπήρξε καμία σημαντική διαφορά μεταξύ των κυττάρων ελέγχου (που δεν εμποτίστηκαν σε διάλυμα) και εκείνων των κυττάρων με τους νανοσωλήνες. Αλλά μετά από τέσσερις ημέρες, ακόμη και οι πιο χαμηλές συγκεντρώσεις νανοσωλήνων, οδήγησαν σε μια σημαντική μείωση στη βιωσιμότητα των κυττάρων.

Μετά από δύο ημέρες, οι νανοσωλήνες είχαν εισέλθει στα λυσοσώματα των κυττάρων, τα οργανίδια στο κυτταρόπλασμα που προκαλούν τη λύση των μεταβολικών ουσιών και των ξένων σωματιδίων μέσα στο κύτταρο. Μετά από τέσσερις ημέρες, οι νανοσωλήνες είχαν συγχωνευτεί μέσα στα οργανίδια. Μερικά δε είχαν εισέλθει στο κυτταρόπλασμα και είχαν διασχίσει τον πυρήνα.

Αυτό υπονοεί ότι οι νανοσωλήνες μπορούν να αλληλεπιδράσουν με τις ενδοκυτταρικές πρωτεΐνες, τα οργανοκύτταρα, καθώς και το DNA, ενισχύοντας έτσι κατά πολύ την τοξική δυνατότητά των νανοσωλήνων.

Οι δύο τεχνικές απεικόνισης που χρησιμοποιούνται είναι το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης (TEM) και η ομοεστιακή μικροσκόπηση. Στη μέθοδο TEM, μια ακτίνα ηλεκτρονίων περνά μέσω ενός λεπτού δείγματος, σχηματίζοντας μια εικόνα που αναδημιουργείται σε μια οθόνη φθορισμού, ή φωτογραφικό φιλμ, ή ανιχνεύεται από μια φωτογραφική κάμερα. Η ομοεστιακή μικροσκόπηση περιλαμβάνει τη χρήση φωτός για να αυξήσει την αντίθεση μιας εικόνας εξαλείφοντας όλο το φως που δεν είναι στο εστιακό επίπεδο της εικόνας, με συνέπεια μια πολύ οξύτερη εικόνα.