Wetenschappers ontwerpen materialen die duizend keer kleiner zijn dan de breedte van een haar.

Bekend als nanomaterialen of nanodeeltjes, sommige kunnen helpen bij de behandeling van ziekten.

Echter, de engineering van deeltjes voor biomedische toepassingen blijft een uitdaging, vooral bij het verplaatsen van de reageerbuis naar biologische omgevingen.

Dit is een probleem dat we in een recent artikel hebben besproken. Een nanodeeltje in het lab is één ding, maar een nanodeeltje dat in wisselwerking staat met bloed, cellen en weefsels is een andere, en het gedrag van deeltjes kan aanzienlijk veranderen wanneer ze van de ene omgeving naar de andere gaan.

"Bio-nano-interacties" bepalen deze gedragsveranderingen, en dit is een onderzoeksgebied met veel moeilijkheden, maar ook belangrijke beloningen.

Nanodeeltjes gebruiken om ziekten aan te pakken

Nanodeeltjes kunnen helpen om effectievere medische behandelingen te creëren. Het doel is om gebieden te verbeteren, variërend van het toedienen van medicijnen tot het opsporen van ziekten.

Een van de potentiële voordelen van nanodeeltjes is de mogelijkheid om gerichte therapieën te ontwikkelen, zodat medicijnen precies daar gaan waar ze nodig zijn in het lichaam.

Bijvoorbeeld, er bestaan ​​tegenwoordig veel zeer effectieve chemotherapeutica, maar omdat ze niet alleen interactie hebben met kankercellen, maar ook met gezonde cellen, velen van hen hebben bijwerkingen zoals hart- en beenmergbeschadiging. Dit beperkt hun werkzaamheid en speelt een grote rol in waarom de behandeling van kanker zo moeilijk kan zijn.

Waarom is targeten zo moeilijk?

Maar ook gerichte medicamenteuze therapieën met nanodeeltjes blijven beperkt. Zoals op veel andere gebieden, wat werkt in het laboratorium kan moeilijk te vertalen zijn naar de kliniek.

Een voorbeeld is het gebruik van nanodeeltjes als "dragers" die worden geladen met een medicijn en zich vervolgens ophopen bij doelcellen (zie onderstaande afbeelding).

Dit soort nanodeeltjes kunnen goed presteren in het laboratorium, maar bij gebruik in complexere biologische omgevingen (zoals in bloed in plaats van in zoutbufferoplossing) wordt het snel ingewikkelder.

Bijvoorbeeld, wanneer nanodeeltjes in het bloed worden geïnjecteerd, eiwitten adsorberen op hun oppervlak en dit kan hun gedrag volledig veranderen. Dit komt doordat deze bio-coating belangrijke eigenschappen van de deeltjes verandert, inclusief lading (positief, neutraal of negatief) en grootte.

Mogelijke oplossingen

Er worden nieuwe methoden ontwikkeld om nanodeeltjes beter te evalueren. Dit omvat onderzoekstechnieken die cel- en dierstudies kunnen aanvullen.

Een voorbeeld zijn microfluïdische kanalen die bloedvaten kunnen nabootsen en die kunnen worden gebruikt om het gedrag van nanomaterialen in bloedcapillairen te bestuderen.

Een andere optie maakt gebruik van 3D-geprinte weefsels en organen. In een recent voorbeeld hydrogels gevuld met cellen werden op een oppervlak geprint met behulp van een op maat gemaakte 3D-printer.

Het belangrijkste punt is om te hebben verstelbaar complexiteit. Dat is, deze methoden kunnen aanpassen zodat we relevante en waardevolle informatie uit de onderzoeken kunnen halen. Maar niet zo complex dat het moeilijk wordt om de betrokken mechanismen te begrijpen.

Dit is belangrijk, omdat een aan een dier toegediend nanodeeltje verschillende niveaus van biologische complexiteit ervaart op zijn reis van de bloedbaan naar het doelgebied (zie onderstaande afbeelding). Om volledig te begrijpen wat er gebeurt, we moeten ze allemaal bestuderen.

Nanomedicijnen van morgen

Hoe meer we leren over bio-nanowetenschap - of hoe materialen op nanoschaal interageren met biologie - hoe gemakkelijker het zal zijn om nanodeeltjes te ontwerpen die zich gedragen zoals we dat willen.

Na jaren van gezamenlijke inspanningen, er ontstaat een duidelijker beeld van de mechanismen die bepalen hoe goed een nanodeeltje zal werken en de volledige omvang van de uitdaging die voor ons ligt begint duidelijk te worden.

Het is onwaarschijnlijk dat er een enkele "quick fix" zal worden ontdekt.

In plaats daarvan, onderzoek dat erin slaagt ideeën uit verschillende vakgebieden en onderzoekers met succes te combineren, zal waarschijnlijk leiden tot de ontwikkeling van nieuwe en verbeterde gerichte nanodeeltjes.

Het doel is om nieuwe behandelingen te bieden voor ziekten die tegenwoordig moeilijk of zelfs onmogelijk te behandelen zijn.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.