Взаимодействия между наноматериалами и биологическими системами
 Подробное изучение взаимодействия наноматериалов и биосистем позволит повысить безопасность нанотехнологий в будущем |
|
||||||||
В настоящий момент на рынке находятся более 800 продуктов – включая одежду, кожные лосьоны и чистящие средства – содержащих как минимум один нанокомпонент, например, терапевтический нанопереносчик, разработанный для точной доставки лекарства внутри человеческого тела. Воздействие на человека наноматериалов, размер которых меньше одной тысячной диаметра человеческого волоса, ставит некоторые важные вопросы, а именно не обернется ли такое «нано-био» взаимодействие неблагоприятными эффектами на здоровье.
Учёные из университета Калифорнии, Лос Анжелес, и Калифорнийского института Наносистем ведут прогнозирующие исследования нано-био взаимодействий для определения потенциальных рисков сконструированных наноматериалов. Это может так же помочь в разработке более безопасных и эффективных наночастиц.
В своём исследовании, опубликованном в журнале Nature Materials, учёные приводят всесторонний обзор нынешних знаний о физических и химических характеристиках наноматериалов.
Несмотря на огромные возможности нанотехнологий, еще довольно мало известно о внутриклеточной активности и функционировании сконструированных наноматериалов, а эта область является наиболее важной при разработке эффективных и безопасных наносистем для доставки лекарств. Большинство нынешних знаний об этом получено при изучении меченых наночастиц и их эффектов на клетки, без какого-либо детализированного описания взаимодействий.
В этой обзорной статье освящены различные варианты взаимодействия наноматериалов и биологических систем, а так же представлена схема физических и химический свойств материалов, которые могут нанести вред или наоборот иметь благоприятное воздействие.
«Мы хотели удостовериться, что нанотехнологии используются адекватным и безопасным способом», говорит Андре Нел (Dr. Andre Nel), руководитель исследовательской группы и директор отделения наномедицины университета Калифорнии, Лос Анжелес. Основываясь на литературных данных и на собственных исследованиях, исследователи определили меры, которые могут быть приняты для увеличения безопасности наноматериалов. В обзорной статье были выделены несколько пунктов:
* Необходимо создать классификацию взаимодействий при контакте наноматериалов и биологических систем. Это поможет учёным лучше понимать, каким образом искусственные материалы реагируют при контакте с клетками, тканями и различными живыми формами в разном естественном окружении
* При попадании наноматериалов в биологические жидкости - например, кровь, плазму или межклеточную жидкость – поверхность материала может покрываться белками. Понимание того как белковый слой меняет характеристики наноматериалов предоставит ценную информацию об изменении способности к доставке наноматериалов к специфическим тканям, например, при лечении рака.
* Физико-химические характеристики, такие как размер, заряд, форма и другие, сильно влияют на способность наноматериалов проникать внутрь клетки. Их изучение позволит определить, какие материалы могут быть использованы в приложениях наномедицины, а какие способны причинить вред.
* Наночастицы могут вызывать широкий спектр клеточных ответов, в зависимости от своих характеристик, концентрации и взаимодействия с биологическими молекулами. Т.е. наноматериалы с различными свойствами могут индуцировать клеточное повреждение, но могут и вызывать благоприятный клеточный ответ, приводящий к увеличению производства энергии или клеточному росту.
Основываясь на связях между характеристиками наноматериалов и их потенциальном токсическом эффекте, группа исследователей утверждает, что можно изменять вредные свойства наночастиц, при этом оставляя каталитически ценные функции для промышленного применения.
Сейчас, например, некоторые наночастицы для увеличения их безопасности покрывают специальными веществами, для уменьшения их биореактивности. Наночастицы в косметических составах, таких как лосьоны для загара, могут быть покрыты специальным гидрофобным полимером для уменьшения непосредственного контакта с человеческой кожей. То есть можно использовать полимеры и детергенты для уменьшения проникновения наночастиц в клетку, однако остается вероятность, что при снятии покровного слоя, материал может стать опасным. Поэтому очень важно проверять стабильность таких покрытий.
«Вместо того, чтобы ждать «звонков», мы можем начать изучать нано-био взаимодействие и рассматривать их как поддающуюся проверке научную платформу, что поможет нам создать хорошо обдуманную схему, для производства улучшенных и безопасных продуктов», говорит Нил. «Понимание правил границы соприкосновения нано и био даст огромный вклад в развитие безопасных материалов в будущем».
Источники: