Проблема, по мнению группы из 12 экспертов из пяти стран, проистекает из «несоответствия» между структурной сложностью, которую природа выбрала за миллиарды лет эволюции, и минималистским дизайном синтетических наноматериалов, оптимизированных для лабораторных условий.Достижения в области нанотехнологий сделали возможным контролировать размер, форму, состав, эластичность и химические свойства лабораторных наноматериалов. Тем не менее, многие из этих материалов не работают в организме должным образом. В недавнем выпуске Biointerphases от AIP Publishing команда подробно останавливается на биомембранах — билипидных слоях, контролирующих ворота, и белках, окружающих клетки.
Они исследуют барьеры, которые синтетический наноматериал должен преодолеть, чтобы попасть в клетку и достичь своей намеченной цели.Консенсусное мнение команды о разработке «умных» наноматериалов следующего поколения для биологических применений возникло в ходе обсуждений на недавнем семинаре по биоматериалам и мембранам. Ежегодный семинар организован Сетью начального обучения «Умные нанообъекты для изменения липидных бислоев» (SNAL), финансируемой Седьмой рамочной программой Европейского Союза.Авторы подчеркивают, что внедрение синтетических наноматериалов в биологическую среду может вызвать неожиданные взаимодействия и непредсказуемое поведение, отличительные черты систем мягкой материи.
Белки связываются с наноразмерными объектами, образуя белковые короны, которые могут препятствовать ожидаемому терапевтическому эффекту, изменять процессы мембранной передачи сигналов, вызывать иммунный ответ или запускать другие нежелательные реакции.Точно так же теоретические исследования и моделирование предполагают наличие идеально однородных наноматериалов с идеализированными свойствами, но реальные наноматериалы могут различаться по шероховатости поверхности и размеру.
Кроме того, они могут группироваться при попадании в тело. Даже небольшие изменения могут привести к различным взаимодействиям в биологических средах.
«Задачи, которые мы ставим, призваны служить руководством, которое поможет этой области справиться с новыми степенями биологической сложности, трудностей и открытых вопросов», — сказал Марко Вернер из Университета Ровира и Вирджили в Испании. «Если теоретические концепции, модели мембран и эксперименты с клетками сблизятся и будут способствовать общему языку, мы также улучшим нашу способность предсказывать, достигают ли разрабатываемые нами материалы своего предназначения».