Aby nanocząsteczki złota mogły dobrze przenikać przez błonę komórkową należy pokryć ich powierzchnię lipidami, które naturalnie występują w organizmie (tj. woski, naturalne tłuszcze czy witaminy). Najlepszy wzór takiej powłoki powinien składać się zarówno ze składników hydrofilowych jak i hydrofobowych tworzących wspólnie monowarstwę. Amfifilowy charakter warstwy powlekanej, dzięki podobieństwie do naturalnej budowy błon, umożliwia fuzję nanocząsteczki z komórką bez potrzeby dodatkowej energii zewnętrznej. Naukowcy z MIT odkryli, że zdolność do efektywnej penetracji komórek zależy od interakcji między hydrofobowymi ligandami monowarstwy powlekającej a lipidami błony. Co ważne również – przy takim zabiegu membrana nie ulega uszkodzeniu (jak w przypadku endocytozy niepowlekanych cząstek złota czy innych materiałów) i ponownie się zamyka.

Już w 2008r. Irvine i Stellacci wykazali, że taka fuzja powlekanych polimerem cząsteczek złota z komórką jest możliwa – nie było jednak do końca pewne dlaczego. Od tego czasu naukowcy pracowali nad wyznaczeniem mechanizmu działania tego zjawiska oraz określeniem najlepszych i najbardziej wydajnych dla niego warunków.

Podczas symulacji komputerowych naukowcy z MIT zauważyli, że naturalnie występujące w błonie komórkowej „wady”, czyli szczeliny pojawiające się losowo, zwłaszcza w zakrzywionych odcinkach membrany, są idealnym miejscem na wnikanie nanocząsteczek złota. Sam mechanizm przypomina więc tu naturalnie występujący proces – fuzję pęcherzyków (transportujących neuroprzekaźniki czy hormony) z błoną komórkową. Sugeruje to, że zwłaszcza te komórki, w których występuję dużo takich reakcji, mogą być bardzo dobrym celem terapii.

Złote nanocząstki dziś:                            

Największym wyzwaniem okazuje się dopracowanie składu warstwy powlekającej złoty rdzeń tak, aby selektywnie łączyła się tylko z wybranym typem komórek. Jeśli uda się to osiągnąć, nanocząsteczki mogłyby okazać się idealnym nośnikiem leków do miejsca docelowego. Byłoby to możliwe poprzez wbudowanie farmaceutyków do zewnętrznej monowarstwy złota. Co więcej, naukowcy zauważyli również, że nanocząsteczki mogłyby również transportować substancje czynne biologicznie, co z kolei pozwalałoby na badanie specyficznych (dla choroby, czy procesów metabolicznych) biomarkerów.

Dlaczego złoto?

Na samą fuzję z komórką nie wpływa fakt, że rdzeń wprowadzanych nanocząsteczek wykonany jest ze złota. W tym przypadku główną rolę odgrywa monowarstwa lipidowa, która powleka całość.  Mimo wszystko jednak, złote cząsteczki są już łatwym w produkcji i dobrze znanym systemem modelowym, a ponadto mogą wykazywać właściwości lecznicze (które w tym przypadku byłyby dodatkową korzyścią).  Naukowcy dodają również, że na złoto wpływa promieniowanie rentgenowskie – w związku z tym, w przypadku wprowadzenia nanocząsteczek bezpośrednio do komórek rakowych, byłoby możliwe ich zniszczenie poprzez odpowiednią stymulację promieniami X.

Złote nanocząstki jutro:

 Badacze planują kontynuację badań, zwłaszcza w kierunku ustalenia powiązania między składem membrany i białek w nią wbudowanych wpływa na fuzję z różnymi typami komórek docelowych. "Chcemy, naprawdę zrozumieć wszystkie ograniczenia i ustalić, w jaki sposób możemy najlepiej zaprojektować nanocząsteczki do transportu w kierunku szczególnych typów komórek lub ich obszarów” – komentuje na oficjalnej stronie MIT Reid Van Lehn, główny badacz tego zagadnienia.