¿Qué son los nanobiomateriales poliméricos?
Las nanopartículas poliméricas, o nanopartículas poliméricas, tienen un rango de tamaño de partícula de 1 ~ 1000 nm y se pueden obtener mediante diversos métodos, como la polimerización en microemulsión. Este tipo de partícula tiene una gran superficie específica y algunas propiedades y funciones nuevas que los materiales ordinarios no tienen.
En la actualidad, la aplicación de materiales nanopolímeros ha implicado muchos aspectos, como el análisis inmunológico, los portadores de liberación controlada de fármacos y el diagnóstico y tratamiento en humanos. Como método de análisis convencional, el inmunoensayo juega un papel muy importante en el análisis cuantitativo de proteínas, antígenos, anticuerpos e incluso células enteras. Según los diferentes marcadores, los inmunoensayos se pueden dividir en inmunoensayos fluorescentes, radioinmunoensayos e inmunoensayos ligados a enzimas. El marcador molecular de inmunoafinidad correspondiente al analito se fija sobre un portador específico en forma de un enlace de valencia * * *, la solución que contiene el analito se incuba con el portador y luego se detecta la cantidad de portador libre usando un microscopio, y luego se puede medir con precisión la cantidad de portador libre. Los analitos se analizaron cuantitativamente. En los inmunoensayos, la elección del material portador es muy importante. Las nanopartículas poliméricas, especialmente algunas con superficies hidrófilas, se han utilizado ampliamente como nuevos portadores de etiquetado debido a su pequeña capacidad de adsorción de proteínas no específicas.
Las nanopartículas poliméricas tienen un importante valor de aplicación en la liberación controlada de fármacos. Muchos resultados de investigaciones han confirmado que algunos fármacos sólo pueden ejercer su efecto en partes específicas y algunas macromoléculas biológicas del jugo digestivo los descomponen fácilmente. Por tanto, la eficacia de tomar estos fármacos por vía oral no es la ideal. Por lo tanto, algunos materiales poliméricos biodegradables se utilizan para proteger los fármacos y controlar la velocidad de liberación de los fármacos. Estos materiales poliméricos suelen tener forma de microesferas o microcápsulas. Una vez que el fármaco se transporta, el efecto del fármaco se destruye muy poco y la liberación del fármaco se puede controlar eficazmente, extendiendo así el tiempo de acción del fármaco. Los materiales poliméricos utilizados como portadores de fármacos incluyen principalmente ácido poliláctico, ácido láctico-ácido glicólico * * * polímero, poliacrilato, etc. Los portadores de fármacos y diversos fármacos fabricados con materiales nanopolímeros, ya sean preparaciones hidrófilas, hidrófobas o de biomacromoléculas, pueden cargar o recubrir una variedad de fármacos y pueden controlar eficazmente la velocidad de liberación de los fármacos.
Por ejemplo, la Universidad Central South ha llevado a cabo investigaciones sobre el tratamiento del cáncer de hígado utilizando nanopartículas magnéticas llamadas "nanomisiles" que dirigen medicamentos a las lesiones. Los contenidos de la investigación incluyen la orientación magnética de nanopartículas magnéticas de albúmina y doxorrubicina en hígado normal, su distribución en ratas y el efecto terapéutico sobre el cáncer de hígado trasplantado en ratas. Los resultados muestran que las nanopartículas magnéticas de albúmina y doxorrubicina tienen una alta orientación magnética, aumentan significativamente su agregación en tumores de hígado trasplantados en ratas y tienen un buen efecto terapéutico en tumores trasplantados.
La investigación sobre la tecnología de focalización se realiza principalmente en dos niveles: orientación física y química y orientación biológica. La orientación física y química carece de precisión en las aplicaciones prácticas y es difícil garantizar que las células normales no sean atacadas por los fármacos. La orientación biológica puede resolver el problema de la administración selectiva de fármacos a un nivel superior. El sistema de guía física y química utiliza la sensibilidad al pH, la sensibilidad térmica y la sensibilidad magnética del portador del fármaco para administrar fármacos dirigidos a los tejidos tumorales bajo la influencia del entorno externo (como un campo magnético externo). El objetivo de los nanoportadores magnéticos in vivo es utilizar campos magnéticos externos para enriquecer nanopartículas magnéticas en áreas enfermas, reducir la exposición de los medicamentos en los tejidos normales, reducir los efectos tóxicos y secundarios y mejorar la eficacia de los medicamentos. Los portadores de nanomedicinas magnéticas se utilizan principalmente para tratar tumores malignos, enfermedades cardiovasculares, trombosis cerebral, enfermedades coronarias, enfisema y otras enfermedades. Los sistemas de direccionamiento biológico utilizan la especificidad de anticuerpos, receptores de la superficie de la membrana celular o fragmentos de genes específicos para unir ligandos a portadores y unirse específicamente a reconocedores de antígenos en la superficie de las células diana, administrando así medicamentos con precisión a las células tumorales medias. La liberación dirigida de fármacos, especialmente fármacos contra el cáncer, enfrenta el problema de la eliminación no selectiva por parte del sistema reticuloendotelial (RES). Además, la mayoría de los fármacos son hidrófobos y puede producirse precipitación cuando se conjugan con portadores de nanopartículas. Se espera que el uso de geles poliméricos como vehículos de fármacos resuelva este problema. Debido a que este gel puede estar altamente hidratado, si su tamaño alcanza el nivel nanométrico cuando se sintetiza, puede usarse para mejorar la penetración y retención de las células cancerosas. Actualmente, aunque muchas proteínas y anticuerpos enzimáticos se pueden sintetizar en el laboratorio, es necesario investigar y desarrollar sustancias mejores y más específicas. Además, también es necesario estudiar combinaciones de vehículos de fármacos y sustancias objetivo.
Este tipo de tecnología requiere nanoportadores más fiables, sustancias dirigidas con mayor precisión, fármacos terapéuticos más eficaces, sensores más sensibles y convenientes, así como métodos dinámicos de prueba y descomposición del mecanismo de acción del portador en el cuerpo. Seguro y eficaz para aplicaciones clínicas.
La nanotecnología del ADN se refiere a la nanotecnología diseñada en base a las propiedades físicas y químicas del ADN, y se utiliza principalmente en el ensamblaje de moléculas. La simplicidad de las bases, la constancia y especificidad de las reglas complementarias, la diversidad de la información genética, la especificidad conformacional y la orientación topológica reflejadas en el proceso de replicación del ADN son todos principios de diseño necesarios para la nanotecnología. El autoensamblaje de nanopartículas ahora se puede lograr utilizando macromoléculas biológicas. Se une un fragmento de ADN monocatenario a la superficie de la nanopartícula de oro A con un diámetro de 65438 ± 03 nm, y otro fragmento de ADN monocatenario con una secuencia complementaria se une a la superficie de la nanopartícula de oro B. Mezcle a y b. En el caso de la hibridación de ADN, a y b se conectarán automáticamente. Aprovechando las propiedades complementarias de las dobles cadenas del ADN se puede conseguir el autoensamblaje de nanopartículas. El autoensamblaje de macromoléculas biológicas tiene una ventaja significativa: puede proporcionar una unión muy específica. Esto es necesario para construir sistemas complejos de autoensamblaje.
El PD-loop (incrustación de una secuencia oligopeptídica en ADN lineal bicatenario) desarrollado por Bukanov en el Instituto de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Boston en Estados Unidos tiene mayores ventajas que la tecnología de amplificación por PCR. Sus cebadores no necesitan preservar el estado completo de actividad biológica y sus productos tienen una alta especificidad de secuencia, a diferencia de los productos de PCR que pueden no coincidir. El nacimiento del bucle PD ha abierto nuevas vías para la tecnología de hibridación de oligonucleótidos de ADN lineal, haciendo posible detectar y aislar fragmentos especiales de ADN a partir de mezclas complejas de ADN, y puede aplicarse a la nanotecnología del ADN.
La terapia génica supone un gran avance en la terapéutica. El ADN plasmídico puede reparar errores genéticos o producir factores terapéuticos (como péptidos, proteínas, antígenos, etc.) después de insertarse en las células diana. Utilizando la nanotecnología, el ADN se puede colocar dentro de las células mediante una orientación activa; el ADN plasmídico se condensa a un tamaño de 50 ~ 200 nm y se carga negativamente para ayudarlo a invadir eficazmente el núcleo celular si el ADN plasmídico se puede insertar en la ubicación exacta del ADN nuclear; Depende del nanómetro El tamaño y la estructura de las partículas: las nanopartículas en este momento están hechas del propio ADN, pero sus propiedades físicas y químicas requieren más estudios.
El liposoma (1 liposoma) es un transportador de fármacos de tiempo fijo y una nueva forma farmacéutica de sistema de administración de fármacos dirigido. En la década de 1960, el británico A.D. Banfiham descubrió por primera vez que los fosfolípidos dispersos en agua forman una vesícula cerrada compuesta por una bicapa lipídica con una fase acuosa en su interior. Las vesículas bimoleculares formadas a partir de fosfolípidos bimoleculares suspendidos en agua con estructura y permeabilidad similares a las membranas biológicas se denominan liposomas. A principios de la década de 1970, Y.E. Padlman y otros utilizaron por primera vez liposomas como portadores de bacterias y ciertos fármacos basándose en sus investigaciones sobre biopelículas. Los nanoliposomas tienen las siguientes ventajas como portadores de fármacos.
(1) Está compuesto por vesículas acuosas envueltas por una bicapa de fosfolípidos, que es diferente de varios portadores de fármacos de microesferas sólidas. Los liposomas tienen alta elasticidad y buena biocompatibilidad.
(2) Tiene amplia adaptabilidad a los fármacos que porta. Los fármacos solubles en agua se cargan en la fase acuosa interna, los fármacos solubles en grasa se disuelven en la membrana lipídica, los fármacos anfipáticos se pueden insertar en la membrana lipídica y el mismo liposoma puede contener fármacos tanto hidrófilos como hidrófobos.
(3) Los propios fosfolípidos son componentes de las membranas celulares, por lo que los nanoliposomas no son tóxicos cuando se inyectan en el cuerpo, tienen una alta biodisponibilidad y no tienen respuesta inmune.
(4) Proteger los medicamentos contenidos de ser diluidos por fluidos corporales y descompuestos y destruidos por enzimas en el cuerpo.
Las nanopartículas harán que el transporte de fármacos en el cuerpo humano sea más conveniente y modificarán la superficie de los liposomas, como ensamblar varias formulaciones con selectividad o afinidad por células específicas en la superficie de los liposomas para lograr el propósito. de encontrar el objetivo.
Tomando el hígado como ejemplo, los complejos de nanopartículas y fármacos pueden alcanzar su objetivo mediante métodos pasivos y activos cuando el complejo es capturado y tragado por las células de Kupffer, el fármaco se acumula en el hígado y luego se degrada gradualmente y se libera en la sangre humana. Durante la circulación, la concentración del fármaco en el hígado aumenta y los efectos secundarios en otros órganos se reducen. Este es un efecto de focalización pasiva cuando el tamaño de la nanopartícula es lo suficientemente pequeño, alrededor de 100 ~ 150 nm, y la superficie está cubierta con una capa. recubrimiento especial, pueden escapar de la fagocitosis por parte de las células de Kupffer, y los anticuerpos monoclonales y otras sustancias conectadas a ellos se encuentran en las células parenquimatosas del hígado y desempeñan un papel en esta función de direccionamiento activo. Después de que los medicamentos inteligentes envueltos en varias capas de nanopartículas ingresan al cuerpo humano, pueden buscar y atacar activamente células cancerosas o reparar tejidos dañados.
Es alentador que las nanopartículas se utilicen como transportadores para transportar fármacos peptídicos y proteicos, no solo porque las nanopartículas pueden mejorar los parámetros farmacocinéticos de los fármacos peptídicos, sino que también pueden promover eficazmente que los fármacos peptídicos penetren las barreras biológicas. Como herramienta para desarrollar fármacos peptídicos y proteicos, los sistemas de administración de fármacos con nanopartículas tienen perspectivas de aplicación muy amplias.
Debido a su pequeño tamaño de partícula, las nanopartículas tienen una gran cantidad de superficies libres, alta estabilidad coloidal y excelentes propiedades de adsorción, pudiendo alcanzar rápidamente el equilibrio de adsorción. Por tanto, las nanopartículas poliméricas se pueden utilizar directamente para la adsorción y separación de sustancias biológicas. Las nanopartículas se presionan en láminas delgadas para fabricar filtros. Dado que el tamaño de los poros del filtro es de nanómetros, pueden usarse para la desinfección del suero en la industria farmacéutica (el tamaño de los virus que causan enfermedades humanas es generalmente de decenas de nanómetros). Al introducir grupos carboxilo, hidroxilo, ácido sulfónico, amino y otros en la superficie de las nanopartículas, las nanopartículas pueden interactuar con macromoléculas biológicas como proteínas y ácidos nucleicos a través de enlaces electrostáticos o de hidrógeno, lo que lleva a la sedimentación de macromoléculas biológicas, logrando así la separación. de macromoléculas biológicas. Cuando las condiciones cambian, las biomacromoléculas se pueden desorber de las nanopartículas y se pueden recuperar.
Las partículas de nanopolímero también se pueden utilizar para el diagnóstico intervencionista y el tratamiento de algunas enfermedades difíciles. Dado que las nanopartículas son mucho más pequeñas que los glóbulos rojos (6 ~ 9 micrones) y pueden moverse libremente en la sangre, pueden inyectarse en varias partes del cuerpo humano para detectar lesiones y tratarlas. Según los informes, los resultados de experimentos con animales muestran que las nanopartículas poliméricas de ácido láctico y glicólico * * * cargadas con dexametasona pueden tratar eficazmente la restenosis arterial cuando se administran a través de las arterias, y las nanopartículas de polímero de ácido láctico y glicólico * * * cargadas con medicamentos antiproliferativos. administrado a través de la arteria coronaria puede prevenir eficazmente la reestenosis de la arteria coronaria; además, los nanopolímeros cargados con antibióticos o agentes anticancerígenos pueden administrarse al cuerpo a través de las arterias y usarse para el tratamiento clínico de ciertos órganos; Las nanoesferas cargadas de fármacos también se pueden convertir en emulsiones para inyección parenteral o enteral; también se pueden convertir en vacunas para inyección subcutánea o intramuscular.