Biotechnological approaches towardn

Biotechnological approaches toward
nanoparticle biofunctionalization
Svetlana Avvakumova
1
, Miriam Colombo
2
, Paolo Tortora
2
, and Davide Prosperi
2
1
Dipartimento di Scienze Biomediche e Cliniche ‘‘L. Sacco’’, Universita` di Milano, via G. B. Grassi, 74, 20157 Milano, Italy
2
Dipartimento di Biotecnologie e Bioscienze, Universita` di Milano-Bicocca’’, Piazza della Scienza, 2, 20126 Milano, Italy
Nanomedicine has emerged in the past decade as a
promising tool for several therapeutic and diagnostic
applications. The development of nanoconjugates containing bioactive ligands specific for targeting cancer cell
receptors has become a primary objective of modern
nanotechnology. The design of ideal nanoconjugates
requires optimization of fundamental parameters including size, shape, ligand shell composition, and reduction in nonspecific protein adsorption. Of great
importance is the choice of bioconjugation approach,
given that it affects the orientation, accessibility, and
bioactivity of the targeting molecule. We provide an
overview of recent advances in the immobilization of
targeting proteins, focusing on methods to control ligand orientation and density, and highlight criteria for
nanoparticle design and development required to
achieve enhanced receptor-targeting efficiency.
Designing nanoparticles for targeting of malignant cells
Nanotechnology has had a growing impact on biomedical
sciences. Indeed, the design of high quality colloidal nanoparticles, that is, a stable suspension of nanoscale particles
in an aqueous fluid, with peculiar optical and magnetic
properties offers a promising new tool for the development
of a novel generation of diagnostic and therapeutic agents
for biosensing, preclinical investigations, and clinical care
[1]. Nanoparticles have been developed for tumor imaging
in vivo, molecular profiling of cancer biomarkers, and
targeted drug delivery. For example, iron oxide nanoparticles have been used as targeted contrast enhancers for
the diagnosis of clinically occult metastatic lymph nodes in
human prostate cancer patients [2], whereas doxorubicin
has been formulated with a nanosized liposome delivery
system, resulting in an improved drug efficacy with strongly decreased cardiac toxic effects [3]. The design of ideal
targeted nanoparticles requires careful optimization of
many fundamental properties, such as size and shape,
surface charge, optical and magnetic properties, and efficient functionalization with appropriate homing ligands to
improve the signal amplification and target selectivity
toward malignant cells. The essential requirements for a
proper nanoconjugate design are summarized in Box 1 and
Figure 1. Several therapeutic nanocarriers have been explored for clinical use; however, to date, there are only a
few clinically approved nanoconjugates that contain molecules to selectively target cancer cells [4].
An arsenal of colloidal nanoparticles suitable for conjugation with proteins, antibodies, and other biomolecules is
listed in Table 1. Owing to their high surface-area-tovolume ratio, it is possible to achieve a high ligand density
on the surface for targeting purposes. Importantly, to
obtain an optimal targeting efficiency, the rational design
of nanoconjugates must be combined with an understanding of tumor biology. Generally, nanoparticles are delivered to the tumor via either passive or active targeting
pathways. Passive targeting allows nanoconjugates to accumulate in tumors that exhibit enhanced permeability
and retention (EPR), whereas active targeting exploits the
specific recognition between a targeting ligand bound to
the nanoparticle surface and receptors overexpressed on
target cells [5,6]. Given that not all tumors exhibit the EPR
effect, the potential of the passive strategy is limited. By
contrast, active targeting requires nanoparticles to bind
with high selectivity to specific sites that are uniquely
expressed on cancer cells. Maximal targeting requires a
surface marker with a sufficient level and density of expression. In light of the above considerations, the higher
labeling efficiency of nanoconjugates compared to free
targeting molecules is due to their multivalent and hence
stronger interactions, which leads to increased internalization, often involving receptor clustering [7].
The most widely utilized molecules for nanoparticle
functionalization include: peptides, proteins, and antibodies; enzymes and ribozymes, oligonucleotides and aptamers; carbohydrates, lipids, drugs, or other biologically
active small molecules; reporter molecules or contrast
agents, including MRI labels, radiolabels, and fluorescent
dyes. The first conjugation approaches followed strategies
derived from traditional protein labeling chemistry,
exploiting the formation of new chemical bonds between
reactive functional groups on the molecule of interest and
the nanoparticle. In addition, colloidal nanoparticles may
offer unique binding opportunities thanks to their inorganic surfaces, which enable ion complexation, metal coordination, and electrostatic or van der Waals interactions.
Significantly, the structural features of a nanoconjugate
strongly affect its biological function, and it is now clear
Review
0167-7799/$ – see front matter
 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved. http://dx.doi.org/10.1016/j.tibtech.2013.09.
006
Corresponding author: Prosperi, D. ([e-mail]).
Keywords: nanoparticles; tumor; targeting; ligand orientation; tailoring.
Trends in Biotechnology, January 2014, Vol. 32, No. 1 11
that traditional bioconjugate chemistries are often inappropriate for nanoconjugate optimization, which requires
much greater control than possible with conventional conjugation methods. Therefore, the controlled display of
biomolecules on the surface of nanoparticles is essential
for the production of nanoconjugates with well-defined and
reproducible properties [8].
The intent of this review is not to provide a comprehensive overview of the strategies for the conjugation of biomolecules to colloidal nanoparticles. Rather, our aim is to
shed light on the recent advances that afford modern
nanotechnologists greater control over the morphostructural features of complex biomimetic nanoconstructs. In
this article, we highlight the criteria required for optimal
biofunctionalization of nanoparticles, and describe recent
approaches for the efficient and controlled immobilization
of homing peptides for targeting of cancer cells. Indeed, the
effectiveness of such nanoconjugates, especially when integrated into multifunctional materials for in vivo applications (e.g., image contrast, biosensing, and drug delivery),
will depend on the ability to control several variables,
including the nanoparticle/biomolecule ratio, the spatial
orientation, activity and density of biomolecules on the
nanoparticle surface, and nonspecific interactions with
undesired biological species.
Prerequisites for conjugating proteins to nanoparticles
while preserving their biological function
To be targeted to specific organs or tissues, nanoparticles
should be modified with proteins that specifically and
selectively recognize receptors in these tissues. Although
different proteins are suitable for this purpose, monoclonal
antibodies are most often used, due to their very high
antigen specificity. The mode of protein conjugation is of
paramount importance for retaining the capability of the
conjugates to bind effectively to target molecules: both
functional conformation and proper orientation must be
preserved. This can be achieved by one of three approaches:
adsorption, nonspecific covalent conjugation, and selective,
orientation-controlled conjugation. Only the latter ensures
an optimal outcome in terms of protein binding capacity;
with the other two approaches, results are largely unpredictable.
Binding by adsorption
Protein binding to nanoparticles by adsorption and the
resulting effects on protein structure have been thoroughly
investigated [9–12]. In general, protein stability is often
compromised by such interactions, which may be accompanied by significant structural distortions or denaturation [13]. The reasons for these effects is that
Box 1. Rational design of nanoconjugates for tumor targeting
To be successfully used for tumor targeting, the nanoconjugates
should (Figure I):
 be biocompatible and easily functionalized via different bioconjugation techniques
 be resistant to the nonspecific protein adsorption via passivation by
PEG or polymers
 contain a fluorescent/bioluminescent label for imaging purposes
 be stable in biological environment
 maintain the biological activity of the targeting ligand when bound
to the nanoparticle.
Surface modificaon
RGD-pepde
Trastuzumab
Parcle “stealthing” Key:
Cellular targeng
O
O
O
O
OO
HO
NH
HN
HN
NH
2
HN
H
N
N
H
H
N
TRENDS in Biotechnology
Figure I. A pre-engineered model nanoconjugate for cell and organe

Kết quả (Việt) 1:

Phương pháp tiếp cận doanh về hướngđó biofunctionalizationSvetlana Avvakumova1, Miriam Colombo2, Paolo Tortora2, và Davide Prosperi21Dipartimento di Scienze Biomediche e Cliniche '' L. Sacco'', Universita' di Milano, via G. sinh Grassi, 74, 20157 Milano, ý2Dipartimento di Biotecnologie e Bioscienze, Universita' di Milano-Bicocca'', Piazza della Scienza, 2, 20126 mi-Milano, ýNanomedicine đã nổi lên trong thập kỷ vừa qua là mộtCác công cụ đầy hứa hẹn cho một số điều trị và chẩn đoánứng dụng. Sự phát triển của nanoconjugates có hoạt tính sinh học ligand cụ thể để nhắm mục tiêu các tế bào ung thưthụ thể đã trở thành một mục tiêu chính của hiện đạicông nghệ nano. Thiết kế của lý tưởng nanoconjugatesyêu cầu tối ưu hóa các thông số cơ bản bao gồm cả kích thước, hình dáng, phối tử vỏ thành phần, và giảm trong hấp phụ không đặc hiệu protein. Củatầm quan trọng là sự lựa chọn của phương pháp tiếp cận bioconjugation,cho rằng nó ảnh hưởng đến hướng, khả năng tiếp cận, vàbioactivity của các phân tử nhắm mục tiêu. Chúng tôi cung cấp mộtTổng quan về các tiến bộ gần đây trong cố địnhnhắm mục tiêu các protein, tập trung vào phương pháp để kiểm soát định hướng phối tử và mật độ, và đánh dấu tiêu chuẩnđó thiết kế và phát triển phảiđạt được hiệu quả thụ thể nhắm mục tiêu nâng cao.Thiết kế các hạt nano để nhắm mục tiêu của các tế bào ác tínhCông nghệ Nano đã có một ảnh hưởng ngày càng tăng về y sinh họcKhoa học. Thật vậy, việc thiết kế chất lượng cao chất keo hạt nano, có nghĩa là, có một đình chỉ ổn định hạt nanotrong một chất lỏng dung dịch nước, với kỳ dị quang học và từtài sản cung cấp một công cụ mới đầy hứa hẹn cho sự phát triểncủa một thế hệ mới lạ của các đại lý chẩn đoán và điều trịbiosensing, nghiên cứu preclinical và lâm sàng chăm sóc[1]. hạt nano đã được phát triển cho hình ảnh khối utại vivo, phân tử profiling của biomarkers ung thư, vànhắm mục tiêu giao hàng ma túy. Ví dụ, hạt nano ôxít sắt đã được sử dụng như là chất hỗ trợ độ tương phản được nhắm mục tiêu chochẩn đoán lâm sàng huyền bí hạch bạch huyết di căn trongbệnh nhân ung thư tuyến tiền liệt của con người [2], trong khi doxorubicinđã được hình thành với một nanosized liposome giao hàngHệ thống, dẫn đến một hiệu quả cải thiện thuốc với mạnh mẽ giảm hiệu ứng độc tim [3]. Thiết kế của lý tưởnghạt nano được nhắm mục tiêu yêu cầu tối ưu hóa cẩn thậnnhiều tài sản cơ bản, chẳng hạn như kích thước và hình dạng,bề mặt phí, tính chất quang học và điện từ và functionalization hiệu quả với hệ thống dẫn đường ligand thích hợp đểcải thiện tín hiệu khuếch đại và mục tiêu chọn lọcĐối với các tế bào ác tính. Các yêu cầu cần thiết cho mộtđúng nanoconjugate thiết kế được tóm tắt trong hộp 1 vàHình 1. Một số điều trị nanocarriers đã được khám phá cho sử dụng lâm sàng; Tuy nhiên, đến nay, có chỉ mộtít lâm sàng đã phê duyệt nanoconjugates có chứa các phân tử có chọn lọc nhắm mục tiêu các tế bào ung thư [4].Một kho vũ khí của chất keo hạt nano phù hợp cho các liên hợp với protein, kháng thể và biomolecules khác làđược liệt kê trong bảng 1. Do của tỷ lệ bề mặt lá tovolume cao, nó có thể đạt được một mật độ cao phối tửtrên bề mặt để nhắm mục tiêu mục đích. Quan trọng, đểcó được một hiệu quả nhắm mục tiêu tối ưu, thiết kế hợp lýcủa nanoconjugates phải được kết hợp với một sự hiểu biết của khối u sinh học. Nói chung, các hạt nano được gửi đến các khối u thông qua nhắm mục tiêu hoặc thụ động hoặc hoạt độngcon đường. Nhắm mục tiêu thụ động cho phép nanoconjugates để tích lũy trong khối u mà triển lãm nâng cao tính thấmvà lưu giữ (EPR), trong khi nhắm mục tiêu hoạt động khai thác cácsự công nhận cụ thể giữa một phối tử nhắm mục tiêu ràng buộc đểbề mặt đó và thụ thể overexpressed ngàymục tiêu các tế bào [5,6]. Cho rằng không phải tất cả các khối u triển lãm EPRcó hiệu lực, tiềm năng của chiến lược thụ động là hạn chế. Bởiđộ tương phản, nhắm mục tiêu hoạt động đòi hỏi các hạt nano để ràng buộcvới cao chọn lọc các trang web cụ thể là duy nhấtbày tỏ trên tế bào ung thư. Nhắm mục tiêu tối đa yêu cầu mộtbề mặt đánh dấu với một mức độ đầy đủ và mật độ của biểu thức. Trong ánh sáng của các cân nhắc ở trên, các caoghi nhãn hiệu quả của nanoconjugates so với miễn phínhắm mục tiêu phân tử là do multivalent của họ và do đótương tác mạnh mẽ hơn, dẫn đến tăng internalization, thường liên quan đến thụ thể clustering [7].Các phân tử rộng rãi nhất sử dụng cho đófunctionalization bao gồm: peptide, protein, và kháng thể; enzyme và ribozyme, oligonucleotides và aptamers; carbohydrate, chất béo, thuốc, hoặc khác sinh họcphân tử nhỏ hoạt động; phóng viên phân tử hoặc tương phảnĐại lý, bao gồm cả nhãn MRI, radiolabels, và huỳnh quangthuốc nhuộm. Phương pháp tiếp cận liên hợp đầu tiên sau đó là chiến lượcbắt nguồn từ truyền thống protein ghi nhãn hóa học,khai thác sự hình thành của liên kết hóa học mới giữaNhóm chức phản ứng trên các phân tử quan tâm vàđó. Ngoài ra, chất keo hạt nano có thểcung cấp kim loại cơ hội độc đáo ràng buộc nhờ của bề mặt vô cơ, mà cho phép ion complexation, phối hợp, và tĩnh điện hoặc tương tác van der Waals.Đáng kể, các tính năng cấu trúc của một nanoconjugatemạnh mẽ ảnh hưởng đến chức năng sinh học của nó, và nó là bây giờ rõ ràngĐánh giá0167-7799 / $ – xem trước vấn đề2013 Elsevier Ltd. Tất cả các quyền. http://DX.Doi.org/10.1016/j.tibtech.2013.09.006Tác giả tương ứng: Prosperi, D. ([e-mail]).Từ khóa: hạt nano; khối u; nhắm mục tiêu; định hướng phối tử; thiết kế riêng.Xu hướng trong công nghệ sinh học, tháng 1 năm 2014, Vol. 32, số 1 11truyền thống bioconjugate chemistries được thường không thích hợp cho tối ưu hóa nanoconjugate, yêu cầunhiều kiểm soát lớn hơn có thể với phương pháp thông thường chia động từ. Vì vậy, màn hình kiểm soát củabiomolecules trên bề mặt của hạt nano là điều cần thiếtsản xuất nanoconjugates với cũng xác định vàthể sanh sản nhiều thuộc tính [8].Mục đích của nhận xét này là không cung cấp một tổng quan toàn diện về các chiến lược cho liên hợp của biomolecules để hạt nano chất keo. Thay vào đó, mục đích của chúng tôi là đểShed ánh sáng trên các tiến bộ gần đây mà đủ khả năng hiện đạinanotechnologists kiểm soát tốt hơn các tính năng morphostructural của phức tạp biomimetic nanoconstructs. ỞBài viết này, chúng tôi đánh dấu các tiêu chí cần thiết để tối ưubiofunctionalization của hạt nano, và mô tả tạiphương pháp tiếp cận cho hiệu quả và điều khiển cố địnhcủa hệ thống dẫn đường peptide để nhắm mục tiêu của tế bào ung thư. Thật vậy, cáchiệu quả của các nanoconjugates, đặc biệt là khi tích hợp vào các vật liệu đa chức năng cho các ứng dụng tại vivo (ví dụ, độ tương phản hình ảnh, biosensing, và phân phối thuốc),sẽ phụ thuộc vào khả năng kiểm soát nhiều biến,bao gồm cả tỷ lệ đó/biomolecule, các không gianđịnh hướng, hoạt động và mật độ biomolecules trên cácbề mặt đó, và không đặc hiệu tương tác vớiloài sinh học không mong muốn.Điều kiện tiên quyết cho 形容詞 protein để hạt nanotrong khi bảo quản của chức năng sinh họcĐể được nhắm mục tiêu đến các cơ quan cụ thể hoặc mô, hạt nanocần được sửa đổi với protein đó đặc biệt vàcó chọn lọc nhận ra các thụ thể trong các mô. Mặc dùprotein khác nhau là thích hợp cho mục đích này, monoclonalkháng thể được sử dụng thường xuyên nhất, do của họ rất caokháng nguyên đặc trưng. Chế độ protein conjugation là củatầm quan trọng tối thượng cho giữ lại khả năng của cácconjugates liên kết có hiệu quả với mục tiêu phân tử: cả haichức năng cấu và định hướng đúng phảibảo quản. Điều này có thể đạt được bằng một trong ba cách tiếp cận:Hấp phụ, không đặc hiệu chia động từ cộng hóa trị, và chọn lọc,Chia động từ định hướng kiểm soát. Đảm bảo chỉ sau nàymột kết quả tối ưu trong điều khoản của protein ràng buộc khả năng;với các khác hai phương pháp, kết quả là phần lớn không thể đoán trước.Ràng buộc bởi hấp phụProtein ràng buộc để các hạt nano bởi hấp phụ và cáckết quả tác dụng trên cấu trúc protein đã triệt đểđiều tra [9-12]. Nói chung, sự ổn định protein là thườngbị tổn hại bởi tương tác như vậy, mà có thể được kèm theo biến dạng kết cấu đáng kể hoặc denaturation [13]. Những lý do cho các hiệu ứng này làHộp 1. Các thiết kế hợp lý của nanoconjugates để nhắm mục tiêu khối uĐể được sử dụng thành công cho khối u nhắm mục tiêu, các nanoconjugatesnên (tìm tôi):được biocompatible và dễ dàng ngành thông qua kỹ thuật khác nhau bioconjugationcó khả năng chịu hấp phụ không đặc hiệu protein qua thụ bởiPEG hoặc polymechứa một nhãn huỳnh quang/những cho hình ảnh mục đíchổn định trong sinh học môi trườngduy trì các hoạt động sinh học của ligand nhắm mục tiêu khi ràng buộcđể đó.Bề mặt modifica ngàyRGD-pep deTrastuzumabPar cle "stealthing" chìa khóa:Các tế bào ngOOOOOOHONHHNHNNH2HNHNNHHNCác xu hướng công nghệ sinh học Tìm tôi. Nanoconjugate thép tiền chế mô hình cho di động và organe

Kết quả (Việt) 2:

Công nghệ sinh học phương pháp tiếp cận đối với
các hạt nano biofunctionalization
Svetlana Avvakumova
1
, Miriam Colombo
2
, Paolo Tortora
2
, và Davide Prosperi
2
1
Dipartimento di Scienze Biomediche e Cliniche '' L. Sacco '', Universita` di Milano, qua GB Grassi, 74, 20.157 Milano, Ý
2
Dipartimento di Biotecnologie e Bioscienze, Universita` di Milano-Bicocca '', Piazza della Scienza, 2, 20.126 Milano, Ý
nanomedicine đã nổi lên trong thập kỷ qua như là một
công cụ đầy hứa hẹn cho một vài điều trị và chẩn đoán
các ứng dụng. Sự phát triển của nanoconjugates chứa phối tử hoạt tính sinh học cụ thể để nhắm mục tiêu các tế bào ung thư
thụ đã trở thành một mục tiêu chính của hiện đại
công nghệ nano. Các thiết kế của nanoconjugates lý tưởng
đòi hỏi phải tối ưu hóa các thông số cơ bản bao gồm kích thước, hình dạng, thành phần vỏ ligand, và giảm hấp thụ protein không đặc hiệu. Trong số rất lớn
quan trọng là sự lựa chọn của phương pháp bioconjugation,
cho rằng nó ảnh hưởng đến định hướng, tiếp cận, và
hoạt tính sinh học của các phân tử mục tiêu. Chúng tôi cung cấp một
cái nhìn tổng quan về những tiến bộ gần đây trong các bất động của
mục tiêu protein, tập trung vào các phương pháp để kiểm soát hướng và mật độ phối tử, và các tiêu chí nổi bật cho
thiết kế hạt nano và phát triển cần thiết để
nâng cao hiệu quả đạt được mục tiêu thụ.
Thiết kế hạt nano để nhắm mục tiêu các tế bào ác tính
có công nghệ nano có ảnh hưởng ngày càng tăng về y sinh học
khoa học. Thật vậy, các thiết kế của các hạt nano keo chất lượng cao, đó là một hệ thống treo ổn định của các hạt có kích thước nano
trong một chất lỏng dung dịch nước, quang học và từ tính đặc thù
thuộc tính cung cấp một công cụ mới đầy hứa hẹn cho sự phát triển
của một thế hệ mới của các đại lý chẩn đoán và điều trị
cho cảm ứng sinh học, tra cứu tiền lâm sàng, và chăm sóc lâm sàng
[1]. Các hạt nano đã được phát triển cho hình ảnh khối u
trong cơ thể, hồ sơ phân tử của chỉ thị sinh học ung thư, và
phân phối thuốc nhắm mục tiêu. Ví dụ, các hạt nano oxit sắt đã được sử dụng như là chất tăng cường độ tương phản nhắm mục tiêu cho
việc chẩn đoán của các hạch bạch huyết di căn huyền bí trên lâm sàng ở
bệnh nhân ung thư tuyến tiền liệt của con người [2], trong khi doxorubicin
đã được xây dựng với một giao liposome nano
hệ thống, dẫn đến hiệu quả của thuốc được cải tiến với giảm mạnh ảnh hưởng độc hại tim [3]. Các thiết kế của lý tưởng
mục tiêu tối ưu hóa hạt nano đòi hỏi cẩn thận của
nhiều tính chất cơ bản, chẳng hạn như kích thước và hình dạng,
tích điện bề mặt, tính chất quang học và từ trường, và functionalization hiệu quả với các ligand homing thích hợp để
cải thiện khả năng khuếch đại tín hiệu và nhắm mục tiêu chọn lọc
đối với các tế bào ác tính. Các yêu cầu cần thiết cho một
thiết kế nanoconjugate thích hợp được tóm tắt trong Bảng 1 và
Hình 1. Một số nanocarriers điều trị đã được thăm dò cho việc sử dụng lâm sàng; Tuy nhiên, cho đến nay, chỉ có một
vài nanoconjugates chấp thuận về mặt lâm sàng có chứa các phân tử để chọn lọc nhắm mục tiêu tế bào ung thư [4].
Một kho vũ khí của các hạt nano keo thích hợp cho liên hợp với các protein, kháng thể, và phân tử sinh học khác được
liệt kê trong Bảng 1. Do họ cao diện tích bề mặt-tovolume tỷ lệ, nó có thể đạt được một mật độ cao ligand
trên bề mặt cho các mục đích nhắm mục tiêu. Quan trọng hơn, để
có được một hiệu quả mục tiêu tối ưu, thiết kế hợp lý
của nanoconjugates phải được kết hợp với một sự hiểu biết của các khối u sinh học. Nói chung, các hạt nano được gửi đến các khối u thông qua một trong hai mục tiêu thụ động hay chủ động
con đường. Nhắm mục tiêu thụ động cho phép nanoconjugates để tích lũy trong các khối u mà triển lãm tăng cường khả năng thấm
và giữ (EPR), trong khi mục tiêu hoạt động khai thác sự
ghi nhận cụ thể giữa một ligand nhắm mục tiêu ràng buộc với
các bề mặt hạt nano và các thụ quá mức vào
các tế bào mục tiêu [5,6]. Cho rằng không phải tất cả các khối u triển lãm EPR
hiệu lực, tiềm năng của các chiến lược thụ động bị hạn chế. By
Ngược lại, nhắm mục tiêu hoạt động đòi hỏi các hạt nano để ràng buộc
với tính chọn lọc cao với các trang web cụ thể được duy nhất
thể hiện trên các tế bào ung thư. Nhắm mục tiêu tối đa đòi hỏi một
marker bề mặt với một mức độ đầy đủ và mật độ của biểu thức. Trong ánh sáng của những cân nhắc ở trên, cao hơn
hiệu quả ghi nhãn nanoconjugates so với phóng
nhắm mục tiêu phân tử là do đa giá và theo đó là
sự tương tác mạnh hơn, dẫn đến tăng nội tâm, thường liên quan đến thụ phân nhóm [7].
Các phân tử được sử dụng rộng rãi nhất cho các hạt nano
functionalization bao gồm: peptides, protein và các kháng thể; enzyme và ribozymes, oligonucleotide và aptamer; carbohydrates, chất béo, các loại thuốc, hoặc sinh học khác
các phân tử nhỏ đang hoạt động; các phân tử phóng viên hoặc tương phản
các đại lý, bao gồm: nhãn MRI, radiolabels, và đèn huỳnh quang
, thuốc nhuộm. Các phương pháp tiếp cận liên hợp đầu tiên sau chiến lược
có nguồn gốc từ hóa protein dán nhãn truyền thống,
khai thác sự hình thành các liên kết hóa học mới giữa
các nhóm chức năng phản ứng trên phân tử quan tâm và
các hạt nano. Ngoài ra, các hạt nano keo có thể
cung cấp những cơ hội độc đáo ràng buộc nhờ bề mặt vô cơ của họ, trong đó cho phép tạo phức ion, điều phối kim loại, và tĩnh điện hoặc van der Waals tương tác.
Đáng chú ý, các đặc điểm cấu trúc của một nanoconjugate
mạnh ảnh hưởng đến chức năng sinh học của nó, và bây giờ là rõ ràng
xét
0167-7799 / $ - xem vấn đề phía trước
? 2013 Elsevier Ltd Tất cả các quyền. . http://dx.doi.org/10.1016/j.tibtech.2013.09
006
tác giả tương ứng: Prosperi, D. ([e-mail]).
Từ khóa: hạt nano; khối u; mục tiêu; định hướng phối tử; may.
Xu hướng trong công nghệ sinh học, tháng 1 năm 2014, Vol. 32, số 1 11
rằng chất hóa học bioconjugate truyền thống thường không phù hợp để tối ưu hóa nanoconjugate, đòi hỏi
quyền kiểm soát lớn hơn nhiều so với các phương pháp có thể chia động thông thường. Vì vậy, màn hình hiển thị có kiểm soát
phân tử sinh học trên bề mặt của các hạt nano là rất cần thiết
cho việc sản xuất các nanoconjugates với những quy định và
tính chất tái sản xuất [8].
Mục đích của bài viết này không phải là để cung cấp một cái nhìn tổng quan toàn diện về chiến lược cho các liên hợp phân tử sinh học hạt nano keo. Thay vào đó, mục tiêu của chúng tôi là để
làm sáng tỏ những tiến bộ gần đây mà đủ khả năng hiện đại
công nghệ nano kiểm soát tốt hơn các tính năng của morphostructural nanoconstructs phỏng sinh học phức tạp. Trong
bài viết này, chúng tôi nêu lên các tiêu chí cần thiết để tối ưu
biofunctionalization của các hạt nano, và mô tả gần đây
các phương pháp dùng cho cố định hiệu quả và kiểm soát
của các peptide dẫn đường để nhắm mục tiêu các tế bào ung thư. Thật vậy,
hiệu quả của nanoconjugates như vậy, đặc biệt là khi được tích hợp vào các vật liệu đa chức năng cho các ứng dụng in vivo (ví dụ, độ tương phản hình ảnh, cảm ứng sinh học, và phân phối thuốc),
sẽ phụ thuộc vào khả năng kiểm soát một vài biến số,
bao gồm cả tỷ lệ hạt nano / phân tử sinh học, các không gian
định hướng, hoạt động và mật độ của các phân tử sinh học trên
bề mặt hạt nano, và tương tác đặc hiệu với
các loài sinh vật không mong muốn.
Điều kiện tiên quyết cho conjugating protein để các hạt nano
trong khi vẫn giữ chức năng sinh học của họ
để được nhắm mục tiêu đến các cơ quan hoặc mô cụ thể, các hạt nano
nên được sửa đổi với các protein mà cụ thể và
chọn lọc nhận thụ trong các mô. Mặc dù
các protein khác nhau phù hợp cho mục đích này, đơn dòng
kháng thể được sử dụng nhiều nhất, do rất cao của họ
đặc kháng nguyên. Các phương thức liên hợp protein là
hết sức quan trọng để duy trì khả năng của các
hợp chất để ràng buộc một cách hiệu quả để nhắm mục tiêu phân tử: cả hai
cấu chức năng và định hướng đúng đắn cần phải được
bảo tồn. Điều này có thể được thực hiện bằng một trong ba phương pháp:
hấp phụ, không đặc hiệu kết cộng hóa trị chia động từ, và có chọn lọc,
định hướng kiểm soát liên hợp. Chỉ sau này đảm bảo
một kết quả tối ưu về năng lực ràng buộc protein;
có hai cách tiếp cận khác, kết quả là phần lớn không thể đoán trước.
Ràng buộc bằng hấp phụ
liên kết với các hạt nano bằng cách hấp thụ Protein và các
hiệu ứng kết quả về cấu trúc protein đã được triệt để
điều tra [12/09] . Nói chung, sự ổn định protein thường
bị tổn hại bởi các tương tác như vậy, có thể kèm theo biến dạng cấu trúc quan trọng hoặc biến tính [13]. Những lý do cho những hiệu ứng này là
Box 1. thiết kế hợp lý nanoconjugates cho khối ung thư
Để được sử dụng thành công cho mục tiêu khối u, các nanoconjugates
nên (Hình I):
? được tương thích sinh học và dễ dàng thông qua chức hóa các kỹ thuật khác nhau bioconjugation
? có khả năng chống sự hấp thụ protein không đặc hiệu thông qua thụ động bởi
PEG hoặc các polyme
? chứa một huỳnh quang / nhãn phát quang sinh học cho mục đích chụp ảnh
? được ổn định trong môi trường sinh học
? duy trì các hoạt động sinh học của các ligand nhắm mục tiêu khi bị ràng buộc
để các hạt nano.
Surface modifica trên?
RGD-pep de?
trastuzumab
Mệnh CLE "stealthing" Key:?
? ng thứ khiên nhỏ Cellular
O
O
O
O
OO
HO
NH
HN
HN
NH
2
HN
H
N
N
H
H
N
XU HƯỚNG Công nghệ sinh học
Hình I. Một tiền chế mô hình nanoconjugate cho các tế bào và organe