Νανοσωματίδια που χρησιμοποιούνται στη βιοτεχνολογία

Εκτεταμένες βιβλιοθήκες νανοσωματιδίων, αποτελούμενες από μια ποικιλία διαφορετικών μεγεθών, σχημάτων και υλικών, και με διάφορες χημικές και επιφανειακές ιδιότητες, έχουν ήδη κατασκευαστεί. Ο τομέας της νανοτεχνολογίας βρίσκεται υπό σταθερή και ταχεία ανάπτυξη και οι νέες προσθήκες συνεχίζουν να συμπληρώνουν αυτές τις βιβλιοθήκες. Οι κατηγορίες νανοσωματιδίων που παρατίθενται παρακάτω είναι όλες πολύ γενικές και πολυλειτουργικές, ωστόσο, μερικές από τις βασικές τους ιδιότητες και οι τρέχουσες γνωστές χρήσεις στη βιοτεχνολογία, και ιδιαίτερα στη νανοϊατρική, περιγράφονται εδώ.

Κατηγορίες Νανοσωματιδίων

• Fullerenes: Κουμπιά και σωλήνες άνθρακαΚαι τα δύο μέλη της διαρθρωτικής κατηγορίας φουλλερενίου, των κομμάτια buckyballs και των σωληναρίων άνθρακα είναι άνθρακα με βάση τα πλέγματα, δυνητικά πορώδη μόρια.
• Υγροί ΚρύσταλλοιΤα φαρμακευτικά προϊόντα υγρών κρυστάλλων αποτελούνται από οργανικά υγρά κρυσταλλικά υλικά που μιμούνται φυσικά απαντώμενα βιομόρια όπως πρωτεΐνες ή λιπίδια. Θεωρούνται μια πολύ ασφαλής μέθοδος για την παράδοση φαρμάκων και μπορούν να στοχεύσουν συγκεκριμένες περιοχές του σώματος όπου οι ιστοί έχουν φλεγμονή ή όπου βρίσκονται όγκοι.
• ΛιποσώματαΤα λιποσώματα είναι υγροί κρύσταλλοι με βάση λιπίδια, που χρησιμοποιούνται εκτεταμένα στις φαρμακευτικές και καλλυντικές βιομηχανίες λόγω της ικανότητάς τους να διασπώνται μέσα στα κύτταρα μόλις τηρηθεί η λειτουργία παράδοσης. Τα λιποσώματα ήταν τα πρώτα κατασκευασμένα νανοσωματίδια που χρησιμοποιήθηκαν για την απελευθέρωση φαρμάκου, αλλά προβλήματα όπως η τάση τους να συντήκονται σε υδατικά περιβάλλοντα και να απελευθερώνουν το ωφέλιμο φορτίο τους έχουν οδηγήσει σε αντικατάσταση ή σταθεροποίηση χρησιμοποιώντας νεότερα εναλλακτικά νανοσωματίδια.

• NanoshellsΑναφερόμενοι επίσης ως κοχύλια πυρήνα, τα νανοσκληρυντικά είναι σφαιρικοί πυρήνες μιας συγκεκριμένης ένωσης που περιβάλλεται από ένα κέλυφος ή εξωτερική επικάλυψη από ένα άλλο, το οποίο έχει πάχος μερικών νανόμετρων.
• Κβαντικές τελείεςΕπίσης γνωστοί ως νανοκρυστάλλοι, οι κβαντικές κουκίδες είναι ημιαγωγοί νανοσιτών οι οποίοι, ανάλογα με το μέγεθός τους, μπορούν να εκπέμπουν φως σε όλα τα χρώματα του ουράνιου τόξου. Αυτές οι νανοδομές περιορίζουν τα ηλεκτρόνια της ζώνης αγωγιμότητας, τις οπές ζώνης σθένους ή τις διεγέρσεις και στις τρεις χωρικές διευθύνσεις. Παραδείγματα κβαντικών κουκίδων είναι οι νανοκρύσταλλοι ημιαγωγών και οι νανοκρύσταλλοι πυρήνα-κελύφους, όπου υπάρχει μια διεπαφή μεταξύ διαφορετικών υλικών ημιαγωγών. Έχουν εφαρμοστεί στη βιοτεχνολογία για σήμανση κυττάρων και απεικόνιση, ιδιαίτερα σε μελέτες απεικόνισης καρκίνου.

• Υπερπαραμαγνητικά νανοσωματίδιαΤα υπερπαραμαγνητικά μόρια είναι εκείνα που έλκονται από ένα μαγνητικό πεδίο αλλά δεν διατηρούν υπολειμματικό μαγνητισμό αφού αφαιρεθεί το πεδίο. Τα νανοσωματίδια οξειδίου του σιδήρου με διάμετρο στην κλίμακα των 5-100 nm έχουν χρησιμοποιηθεί για εκλεκτικές μαγνητικές βιοδιαχωρήσεις. Τυπικές τεχνικές περιλαμβάνουν την επικάλυψη των σωματιδίων με αντισώματα σε αντιγόνα ειδικά για τα κύτταρα, για διαχωρισμό από το περιβάλλον πλέγμα.

Χρησιμοποιούμενες στις μελέτες μεταφοράς μεμβράνης, εφαρμόζονται υπερπαραμαγνητικά νανοσωματίδια οξειδίου του σιδήρου (SPION) για χορήγηση φαρμάκου και επιμόλυνση γονιδίων. Η στοχευμένη απελευθέρωση φαρμάκων, βιοδραστικών μορίων ή φορέων DNA εξαρτάται από την εφαρμογή εξωτερικής μαγνητικής δύναμης που επιταχύνει και κατευθύνει την πρόοδό τους προς τον ιστό στόχο. Είναι επίσης χρήσιμα ως παράγοντες αντίθεσης MRI.

• DendrimersΤα δενδριμερή είναι ευρέως διακλαδισμένες δομές που αποκτούν ευρεία χρήση στη νανοϊατρική λόγω των πολλαπλών μοριακών "αγκίστρων" στις επιφάνειές τους που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προσκόλληση ετικετών αναγνώρισης κυττάρων, χρωμάτων φθορισμού, ενζύμων και άλλων μορίων. Τα πρώτα δενδριτικά μόρια παρήχθησαν γύρω στο 1980, αλλά το ενδιαφέρον για αυτά έχει αναπτυχθεί πιο πρόσφατα καθώς ανακαλύπτονται βιοτεχνολογικές χρήσεις.
• NanorodsΣυνήθως μήκος 1-100 nm, τα nanorods κατασκευάζονται συχνότερα από ημιαγώγιμα υλικά και χρησιμοποιούνται στη νανοϊατρική ως παράγοντες απεικόνισης και αντίθεσης. Οι νανοσωλήνες μπορούν να κατασκευαστούν δημιουργώντας μικρούς κυλίνδρους από πυρίτιο, χρυσό ή ανόργανο φωσφορικό, μεταξύ άλλων υλικών.

Οι τρέχουσες ανησυχίες σχετικά με την ασφάλεια των νανοσωματιδίων έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη πολλών νέων πτυχών έρευνας. Ως αποτέλεσμα, η συλλογή μας γνώσεων σχετικά με τις αλληλεπιδράσεις νανοσωματιδίων εντός των κυττάρων εξακολουθεί να αυξάνεται ραγδαία. Καθώς η έρευνα εξελίσσεται σε αυτόν τον συναρπαστικό νέο τομέα της βιοτεχνολογίας, ανακαλύπτονται συνεχώς νέα νανοσωματίδια και θα βρεθούν νέες εφαρμογές στη νανοϊατρική.