Cellen en de machinerie die ze omsluiten zijn zachte materie-vormverschuivende multicomponentsystemen met een overweldigende rijkdom aan vormen. Maar, deze squishy-pakketten zijn harde doelen voor potentiële therapeutische en diagnostische toepassingen die gebruikmaken van nanomaterialen, van kwantumstippen die specifieke weefsels oplichten tot nanokooien die drugsladingen dragen.

Het probleem, volgens een team van 12 experts uit vijf landen, komt voort uit een "mismatch" tussen de structurele complexiteit die de natuur gedurende miljarden jaren van evolutie heeft geselecteerd en de minimalistische ontwerpen van synthetische nanomaterialen, geoptimaliseerd voor laboratoriumomstandigheden.

Vooruitgang in nanotechnologie heeft het mogelijk gemaakt om de grootte, vorm, samenstelling, elasticiteit en chemische eigenschappen van in het laboratorium gemaakte nanomaterialen. Toch werken veel van deze materialen niet zoals verwacht in het lichaam. In een recent nummer van Bio-interfasen , van AIP Publishing, het team gaat in op biomembranen - de poortwachtende bilipidelagen en eiwitten die cellen omringen. Ze onderzoeken de barrières die een synthetisch nanomateriaal moet doorbreken om een ​​cel binnen te gaan en het beoogde doel te bereiken.

Het consensusperspectief van het team over het ontwerpen van "slimme" nanomaterialen van de volgende generatie voor biologische toepassingen is ontstaan ​​in discussies tijdens een recente workshop over biomaterialen en membranen. De jaarlijkse workshop wordt georganiseerd door de Smart Nano-objects for Alteration of Lipid bilayers (SNAL) Initial Training Network, gefinancierd door het zevende kaderprogramma van de Europese Unie.

De auteurs benadrukken dat het introduceren van synthetische nanomaterialen in biologische omgevingen onverwachte interacties en onvoorspelbaar gedrag kan veroorzaken, kenmerken van zachte-materiesystemen. Eiwitten binden zich aan objecten op nanoschaal en vormen eiwitcorona's die het verwachte therapeutische effect kunnen belemmeren, de membraansignaleringsprocessen veranderen, een immuunrespons opwekken, of andere ongewenste reacties veroorzaken.

evenzo, theoretische studies en simulaties gaan uit van perfect uniforme nanomaterialen met geïdealiseerde eigenschappen, maar echte nanomaterialen kunnen variëren in oppervlakteruwheid en grootte. Aanvullend, ze kunnen clusteren wanneer ze in het lichaam worden geïntroduceerd. Zelfs kleine variaties kunnen leiden tot verschillende interacties in biologische media.

"De uitdagingen die we stellen, zijn bedoeld als richtlijnen die het veld zullen helpen om de volgende graden van biologische complexiteit aan te pakken, moeilijkheden en open vragen, " zei Marco Werner, aan de Universitat Rovira i Virgili in Spanje. "Als theoretische concepten, membraan modellen, en celexperimenten komen dichter bij elkaar en stimuleren een gemeenschappelijke taal, we zullen ook ons ​​vermogen verbeteren om te voorspellen of de materialen die we ontwerpen hun beoogde doel zullen bereiken."