Nanodeeltjes gebruikt in de biotechnologie

Uitgebreide bibliotheken van nanodeeltjes, samengesteld uit een assortiment van verschillende maten, vormen en materialen, en met verschillende chemische en oppervlakte eigenschappen, zijn al gebouwd. Het gebied van nanotechnologie is onder constante en snelle groei en nieuwe aanvullingen blijven deze bibliotheken aanvullen. De hieronder genoemde klassen nanodeeltjes zijn allemaal zeer algemeen en multifunctioneel, maar hier worden enkele van hun basiseigenschappen en huidige bekende toepassingen in biotechnologie, en in het bijzonder nanomedicine beschreven.

- 9 ->

Klassen van nanodeeltjes

• Fullerenes: Buckyballs en Koolstofbuizen
  Beide leden van de fullerene structurele klasse, buckyballs en carbon tubes zijn op koolstof gebaseerde, roosterachtige, potentieel poreuze moleculen.
• Vloeibare kristallen
  Vloeibare kristalgeneesmiddelen zijn samengesteld uit organische vloeibare kristalmaterialen die natuurlijk voorkomende biomoleculen zoals eiwitten of lipiden nabootsen. Ze worden beschouwd als een zeer veilige methode voor de afgifte van geneesmiddelen en kunnen gericht zijn op specifieke delen van het lichaam waar weefsels ontstoken zijn of waar tumoren worden gevonden.
• Liposomen
  Liposomen zijn vloeibaarkristallen op basis van lipiden, die veel gebruikt worden in de farmaceutische en cosmetische industrieën door hun capaciteit om cellen binnen te breken zodra hun leveringsfunctie is voldaan. Liposomen waren de eerste ontwikkelde nanopartikels die gebruikt werden voor de afgifte van geneesmiddelen, maar problemen zoals hun neiging om samen in waterige omgevingen samen te smelt en hun lading te vrijmaken, hebben geleid tot vervanging of stabilisatie met behulp van nieuwere alternatieve nanodeeltjes.

Nanosellen

• Ook genoemd kernschalen, nanoshells zijn bolvormige kernen van een bepaalde verbinding omringd door een shell of buitenlaag van een andere, die een paar nanometers dik is.
  Kwantumpunten
• Ook bekend als nanokristallen, kwantum dots zijn nanosized halfgeleiders die, afhankelijk van hun grootte, licht kunnen uitstralen in alle kleuren van de regenboog. Deze nanostructuren beperken geleidingsbandelektronen, valencebandgaten, of excitonen in alle drie ruimtelijke richtingen. Voorbeelden van kwantum dots zijn halfgeleider nanokristallen en kern-shell nanokristallen, waar er een interface is tussen verschillende halfgeleidermaterialen. Ze zijn toegepast in biotechnologie voor celtikettering en beeldvorming, met name in kankerbeeldvorming.
  

Superparamagnetische nanodeeltjes

• Superparamagnetische moleculen zijn die die aangetrokken zijn tot een magnetisch veld, maar behouden de resterende magnetisme niet na het verwijderen van het veld. Nanodeeltjes van ijzeroxide met diameters in het 5-100 nm bereik zijn gebruikt voor selectieve magnetische bioseparaties. Typische technieken omvatten het bekleden van de deeltjes met antilichamen tegen celspecifieke antigenen, voor scheiding van de omliggende matrix.
  Wordt gebruikt in membraanvervoerstudies, worden superparamagnetische ijzeroxide nanodeeltjes (SPION) toegepast voor geneesmiddelafgifte en gentransfectie. Gerichte levering van drugs, bioactieve moleculen of DNA-vectoren is afhankelijk van de toepassing van een externe magnetische kracht die hun voortgang versnelt en leidt naar het doelweefsel. Ze zijn ook bruikbaar als MRI-contrastmiddelen.

Dendrimers

• Dendrimeren zijn sterk vertakte structuren die veel gebruik maken van nanomedicine door de meerdere moleculaire "haken" op hun oppervlakken die kunnen worden gebruikt om celidentificatie-labels, fluorescerende kleurstoffen, enzymen en andere moleculen te bevestigen. De eerste dendritische moleculen werden rond 1980 geproduceerd, maar de interesse voor hen is recentelijk bloeien, aangezien biotechnologische toepassingen worden ontdekt.
  Nanorods
• Typisch 1 tot 100 nm lang worden nanoroden meestal gemaakt van halfgeleidende materialen en gebruikt in nanomedicine als afbeeldings- en contrastmiddelen. Nanoroden kunnen worden gemaakt door middel van kleine cilinders van silicium, goud of anorganisch fosfaat, onder andere materialen.
  Huidige zorgen over de veiligheid van nanodeeltjes hebben geleid tot de ontwikkeling van veel nieuwe facetten van onderzoek. Als gevolg hiervan groeit onze kennisverzameling over nanodeeltjesinteracties binnen cellen steeds snel. Aangezien onderzoek vordert in dit spannende nieuwe biotechnologische gebied, worden nieuwe nanodeeltjes voortdurend ontdekt en worden nieuwe toepassingen op nanomedicine gevonden.