Nanopartiklar tränger lätt in i celler. Nya insikter om hur de distribueras och vad de gör där visas för första gången av högupplösta 3D-mikroskopbilder från BESSY II. Till exempel, vissa nanopartiklar ackumuleras företrädesvis i vissa organeller i cellen. Detta kan öka energikostnaderna i cellen. "Cellen ser ut som om den precis har sprungit ett maraton, tydligen, cellen kräver energi för att absorbera sådana nanopartiklar, " säger huvudförfattaren James McNally.

I dag, nanopartiklar finns inte bara i kosmetiska produkter, men överallt:i luften, i vatten, i jorden och i maten. För att de är så små, de kommer lätt in i cellerna i vår kropp. Detta är också av intresse för medicinska tillämpningar. Nanopartiklar belagda med aktiva ingredienser kan specifikt införas i celler, till exempel för att förstöra cancerceller. Dock, det finns fortfarande mycket att lära om hur nanopartiklar är fördelade i cellerna, vad de gör där, och hur dessa effekter beror på deras storlek och beläggning.

Nya insikter har kommit från en studie på BESSY II, där Prof. Gerd Schneiders team kan ta röntgenmikroskopbilder med mjuka, intensiva röntgenstrålar. Forskare från röntgenmikroskopigruppen ledd av HZB-biofysikern Dr James McNally undersökte celler med olika belagda nanopartiklar. Nanopartiklarna var exakt lika stora, men var belagda med olika aktiva ingredienser.

"Röntgenmikroskopi ger betydligt bättre upplösning än ljusmikroskopi, och en mycket bättre översikt än elektronmikroskopi, " betonar Schneider. För första gången, laget erhållit komplett, tredimensionell, högupplösta bilder av de nanopartikelbehandlade cellerna med organellerna som finns däri:inklusive lipiddroppar, mitokondrier, multivesikulära kroppar och endosomer. Lipiddroppar fungerar som energidepåer i cellen, medan mitokondrier metaboliserar denna energi.

Analysen av bilderna visade:Nanopartiklarna ackumuleras företrädesvis i en delmängd av cellorganellerna och ändrar även antalet vissa organeller på bekostnad av andra organeller. Förändringarna i organellantal var likartade oavsett nanopartikelbeläggningen, vilket tyder på att många olika typer av nanopartikelbeläggningar kan inducera en liknande effekt. För att utvärdera hur allmän denna effekt är, ytterligare studier med andra nanopartikelbeläggningar och med andra celltyper måste utföras.

"Röntgenmikroskopi tillåter oss att se cellen som en helhet, så vi kunde observera detta beteende för första gången, " förklarar McNally. "Vi fann att absorptionen av sådana nanopartiklar ökar antalet mitokondrier och endosomer, medan andra organeller, nämligen lipiddroppar och multivesikulära kroppar, minska, " säger Burcu Kepsutlu, som utförde experimenten för hennes doktorsexamen." När vi går på en svältdiet eller springer ett maraton, vi ser liknande förändringar i cellen – nämligen en ökning av mitokondrier och en minskning av lipiddroppar, " säger McNally. "Tydligen tar det energi för cellen att absorbera nanopartiklarna, och cellen känns som om den precis har sprungit ett maraton."