Je leest:

Koolstofnanobuis is ‘te grote lolly’ voor cel

Koolstofnanobuis is ‘te grote lolly’ voor cel

Auteur: | 20 september 2011

Koolstofnanobuisjes kunnen schadelijk zijn voor cellen, maar het was tot nu toe onduidelijk hoe precies. Uit Amerikaans onderzoek blijkt nu dat een cel zich verslikt in de lengte van deze moleculen als hij ze wil opnemen. Deze kennis kan helpen om medicijntransport door koolstofnanobuisjes veiliger te maken.

Koolstofnanobuisjes hebben, net als deze asbestvezels, een naaldachtige vorm.

Bij koolstofnanobuisjes denken veel mensen aan asbest, of zoals nanotechnologen het noemen: het ‘A-woord’. Koolstofnanobuisjes zijn opgerolde velletjes van koolstof die vanwege hun bijzondere eigenschappen (stevig, licht en goed geleidend) de potentie hebben om op uiteenlopende manieren toegepast te worden.

Maar sinds Schots onderzoek in 2008 uitwees dat de buisjes in muizen vergelijkbare schade in de longen kunnen aanrichten als asbest, bestaat grote vrees dat men niet voorzichtig genoeg is met koolstofnanobuisjes. Pas nadat asbest in veel gebouwen was verwerkt als bouwmateriaal, bleek dat losse asbestvezels longkanker kunnen veroorzaken.

Cel gefopt

Gelukkig kunnen we leren van de ervaringen met asbest en is het nu zaak om tot in detail uit te pluizen op welke manier koolstofnanobuisjes schade aan kunnen richten. Het nieuwste voorbeeld daarvan staat deze week in het toonaangevende blad Nature Nanotechnology. Onderzoekers van Brown University (VS) hebben in kaart gebracht hoe cellen een koolstofnanobuisje opnemen. Vaak blijken koolstofnanobuisjes, net als asbestvezels, uit cellen te steken als pijlen in een slachtoffer. Blijkbaar willen cellen deze materialen opnemen terwijl ze veel te lang zijn voor de cel. De vraag is: waarom doet een cel dat?

De Amerikaanse onderzoekers denken het antwoord te weten en dat pakt niet positief uit voor de cel in kwestie. Het blijkt namelijk dat de cel zich vergist. De cel ‘denkt’ in het uiteinde van een koolstofnanobuis een klein bolletje te zien, in plaats van een lange cilinder. Wanneer de cel realiseert dat hij iets naar binnen aan het halen is wat te lang is, is het al te laat. Onderzoeksleider Huajian Gao vergelijkt het met wanneer wij een lolly zouden eten die veel langer is dan ons eigen lichaam. Die komt dan vast te zitten.

Bekijk een simulatie van een cel die een koolstofnanobuisje wil opnemen.

Naar binnen slurpen

De onderzoekers hebben een combinatie gebruikt van computersimulaties en experimenten met cellen uit de lever en mesotheel. Dit zijn de typen cellen die koolstofnanobuisjes normaal gesproken aantreffen als ze in het lichaam terecht zouden komen. Ze hebben het proces bestudeerd waarbij een cel met behulp van zijn celmembraan stoffen naar binnen ‘slurpt’: endocytose. Hierbij omsluit het membraan de stof en trekt deze vervolgens naar binnen.

De gele eiwitten (receptoren) binden aan het buisje, waardoor het celmembraan (blauw) zich hieromheen vouwt.
Gao Lab/Brown University

Het bolle uiteinde van een koolstofnanobuisje – met een grootte van zo’n tien tot honderd nanometer – lijkt voor de cel op stoffen die het normaal gesproken opneemt. Uit de computersimulaties blijkt dat receptoren uit het celmembraan zich hechten aan het uiteinde en het buisje zo draaien dat het rechtop staat ten opzichte van het celmembraan.

Is deze endocytose eenmaal begonnen, dan is er geen weg terug. De cel realiseert zich dat het de nanobuis niet helemaal opkan en slaat alarm. De immuunreactie die als gevolg daarvan opgewekt wordt, leidt tot ontstekingen. En het zijn deze ontstekingen die cel- en DNA-schade veroorzaken, en mogelijk longkanker tot gevolg hebben. Let wel, het gaat hierbij om lange koolstofnanobuisjes, met een lengte groter dan vijftien micrometer. Van korte nanobuisjes is aangetoond dat ze niet tot de genoemde schade leiden.

Interessant is dat toen het team het bolle uiteinde van de koolstofnanobuisjes verwijderde, de ‘verslikking’ van de cel niet meer optrad. Volgens het team bleven in dit geval de buisjes op het celmembraan liggen, zonder opgenomen te worden. Mogelijk is het contactoppervlak te groot voor receptoren om de nanobuis binnen te halen.

Dat is nuttige informatie, want koolstofnanobuisjes zijn goede kandidaten om in de toekomst medicijnen in het lichaam op de juiste plek af te geven. Deze ontdekking geeft aan dat er mogelijkheden bestaan om de buisjes zo te ontwerpen dat ze geen extra veiligheidsrisico met zich meebrengen en dat is een erg geruststellende gedachte.

Bron:

  • X. Shi e.a., Cell entry of one-dimensional nanomaterials occurs by tip recognition and rotation, Nature Nanotechnology (18 september 2011) DOI:10.1038/nnano.2011.151

Lees meer over koolstofnanobuisjes op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/koolstofnanobuis/nanobuis/index.atom", “max”=>"10", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 20 september 2011

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.