Nanoparticules Utilisées en biotechnologie

De vastes bibliothèques de nanoparticules, composées d'un assortiment de tailles, de formes et de matériaux différents, avec diverses propriétés chimiques et de surface, ont déjà été construites. Le domaine de la nanotechnologie est en constante et rapide croissance et de nouveaux ajouts continuent à compléter ces bibliothèques. Les classes de nanoparticules énumérées ci-dessous sont toutes très générales et multifonctionnelles, cependant, certaines de leurs propriétés fondamentales et utilisations actuelles connues en biotechnologie, et en particulier la nanomédecine, sont décrites ici.

Classes de nanoparticules

• Fullerènes: Buckyballs et tubes en carbone
  Les deux membres de la classe structurale des fullerènes, les buckyballs et les tubes en carbone sont des molécules carbonées, réticulaires et potentiellement poreuses.
• Cristaux liquides
  Les produits pharmaceutiques à cristaux liquides sont composés de matériaux à cristaux liquides organiques qui imitent les biomolécules naturelles comme les protéines ou les lipides. Ils sont considérés comme une méthode très sûre pour la délivrance de médicaments et peuvent cibler des zones spécifiques du corps où les tissus sont enflammés, ou où des tumeurs sont trouvées.
• Liposomes
  Les liposomes sont des cristaux liquides à base de lipides, largement utilisés dans les industries pharmaceutiques et cosmétiques en raison de leur capacité à se décomposer à l'intérieur des cellules une fois que leur fonction de libération a été atteinte. Les liposomes ont été les premières nanoparticules artificielles utilisées pour la délivrance de médicaments, mais des problèmes tels que leur propension à fusionner dans des environnements aqueux et à libérer leur charge utile, ont conduit à leur remplacement ou à leur stabilisation par des nanoparticules alternatives plus récentes.

• Nanochromes
  Également appelées carapaces, les nanobilles sont des noyaux sphériques d'un composé particulier entouré d'une enveloppe ou d'un revêtement extérieur d'un autre, de quelques nanomètres d'épaisseur.
• Points quantiques
  Également connus sous le nom de nanocristaux, les points quantiques sont des semi-conducteurs nanométriques qui, selon leur taille, peuvent émettre de la lumière dans toutes les couleurs de l'arc-en-ciel. Ces nanostructures confinent des électrons de bande de conduction, des trous de bande de valence ou des excitons dans les trois directions spatiales. Des exemples de points quantiques sont des nanocristaux semi-conducteurs et des nanocristaux noyau-enveloppe, où il existe une interface entre différents matériaux semi-conducteurs. Ils ont été utilisés en biotechnologie pour l'étiquetage et l'imagerie cellulaire, en particulier dans les études d'imagerie du cancer.

• Nanoparticules superparamagnétiques
  Les molécules superparamagnétiques sont celles qui sont attirées par un champ magnétique mais qui ne retiennent pas le magnétisme résiduel après le retrait du champ. Des nanoparticules d'oxyde de fer de diamètres compris entre 5 et 100 nm ont été utilisées pour des bioséparations magnétiques sélectives. Les techniques typiques impliquent le revêtement des particules avec des anticorps dirigés contre des antigènes spécifiques de cellules, pour une séparation de la matrice environnante.

Utilisées dans des études de transport membranaire, des nanoparticules d'oxyde de fer superparamagnétiques (SPION) sont utilisées pour la délivrance de médicaments et la transfection de gènes. L'administration ciblée de médicaments, de molécules bioactives ou de vecteurs d'ADN dépend de l'application d'une force magnétique externe qui accélère et dirige leur progression vers le tissu cible. Ils sont également utiles comme agents de contraste IRM.

• Dendrimères
  Les dendrimères sont des structures fortement ramifiées qui sont largement utilisées en nanomédecine en raison des multiples «crochets» moléculaires sur leurs surfaces qui peuvent être utilisés pour attacher des étiquettes d'identification cellulaire, des colorants fluorescents, des enzymes et d'autres molécules. Les premières molécules dendritiques ont été produites vers 1980, mais l'intérêt pour ces dernières s'est épanoui plus récemment à mesure que des utilisations biotechnologiques sont découvertes.
• Nanorods
  Typiquement de 1-100 nm de long, les nanorods sont le plus souvent fabriqués à partir de matériaux semi-conducteurs et utilisés en nanomédecine comme agents d'imagerie et de contraste. Les nanorods peuvent être fabriqués en générant de petits cylindres de silicium, d'or ou de phosphate inorganique, entre autres matériaux.

Les inquiétudes actuelles sur la sécurité des nanoparticules ont conduit au développement de nombreuses nouvelles facettes de la recherche. En conséquence, notre collection de connaissances sur les interactions des nanoparticules dans les cellules continue de croître rapidement. Alors que la recherche progresse dans ce nouveau domaine passionnant de la biotechnologie, de nouvelles nanoparticules sont continuellement découvertes et de nouvelles applications à la nanomédecine seront trouvées.