Nanomotoren zijn apparaten op moleculaire of nanoschaal die door een biologisch medium kunnen bewegen door chemische energie om te zetten in beweging, en kan worden gebruikt voor de levering van farmaceutische geneesmiddelen aan specifieke delen van het lichaam. Typisch, nanomotoren gebruiken biomoleculen voor de voortstuwing. Echter, deze moleculen kunnen in het lichaam worden afgebroken. Onderzoekers van het Institute for Complex Molecular Systems (ICMS) van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) samen met onderzoekers van Soochow University, Universiteit van Swansea, en het Instituut voor Bio-engineering van Catalonië (IBEC) hebben een nieuwe hybride benadering ontwikkeld voor biologisch afbreekbare nanomotoren waarbij anorganische nanodeeltjes die zijn opgeslagen in de nanomotoren helpen om de nanomotoren voort te stuwen. Deze studie is gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters .

Een opkomend gebied in de biogeneeskunde dat momenteel wordt onderzocht, is het gebruik van gemotoriseerde deeltjes die medicijnen naar ziek weefsel transporteren. Om goed te kunnen functioneren, deze deeltjes moeten biocompatibel zijn, biologisch afbreekbaar, en klein genoeg om te circuleren en te reizen naar waar ze nodig zijn.

Een recent artikel gepubliceerd in Nano-letters beschrijft de engineering en functionaliteit van een nanomotor die aan al deze eisen voldoet. Deze hybride structuur, die is samengesteld uit een organische buitenkant, stuwt zichzelf voort met behulp van een anorganisch nanodeeltje dat fungeert als een motor die de onderzoekers in de nanomotor hebben gesynthetiseerd. Het onderzoek werd geleid door Jan van Hest en Loai Abdelmohsen van het Institute for Complex Molecular Systems aan de TU/e ​​in samenwerking met Samuel Sánchez van het Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC) in Barcelona, evenals onderzoekers gevestigd in China en het VK.

Innovatieve nanomotor

De innovatieve hybride nanomotor is samengesteld uit een structuur die een stomatocyt wordt genoemd, samengesteld uit poly(ethyleenglycol)-blok-poly(D, L-lactide) (PEG−PDLLA) bouwstenen, die is geladen met mangaandioxide, de motor voor de nanomotor. De stomatocyten van het PEG-PDLLA-blokcopolymeer zijn komvormige structuren en hebben een holle binnenholte met een kleine opening naar de externe omgeving. Eerder onderzoek heeft het vermogen van deze deeltjes aangetoond om een ​​motor of brandstof in de holte op te sluiten en te beschermen, die vervolgens kunnen worden gekatalyseerd om beweging door complexe biologische omgevingen aan te wakkeren.

Gesynthetiseerd in de nanomotor

Het huidige werk biedt een nieuwe benadering:de mangaandioxidemotor wordt gesynthetiseerd in de stomatocyt nanomotor. Wanneer deze anorganische motor reageert met waterstofperoxide, het creëert nanobellen zuurstof die worden verdreven uit de kleine opening van de stomatocyt, en stuwt zo de structuur in de tegenovergestelde richting. Waterstof peroxide, die giftig is voor cellen, komt sterk tot uiting in micro-omgevingen van tumoren. De stomatocyten kunnen ook worden hergebruikt, op voorwaarde dat de motor in hun holte functioneel blijft, en indien niet in gebruik, de motor "ontsnapt" niet uit de opening, zelfs niet na een periode van drie maanden.

De beschreven hybride structuur is volledig biocompatibel en biologisch afbreekbaar, dankzij de organische buitenkant. Bovendien, de nanomotoren kunnen worden gebruikt als multimodale platforms en er is potentieel om de deeltjes op afstand te besturen met externe signalen zoals magnetische velden of licht. Met andere woorden, deze nieuwe hybride verbindingen vertonen de beste eigenschappen van anorganische en organische nano-architecturen. Deze studie maakt de weg vrij voor verdere verkenning van autonome nanomotoren en hun talrijke potentiële toepassingen in de biogeneeskunde.