Le cellule e i macchinari che racchiudono sono materia morbida, sistemi multicomponenti che cambiano forma con una ricchezza di forme travolgente. Ma, questi pacchetti morbidi sono obiettivi difficili per potenziali applicazioni terapeutiche e diagnostiche che sfruttano i nanomateriali, dai punti quantici che illuminano tessuti specifici alle nanogabbie che trasportano carichi utili di farmaci.

Il problema, secondo un team di 12 esperti provenienti da cinque paesi, nasce da un "disallineamento" tra la complessità strutturale che la natura ha selezionato in miliardi di anni di evoluzione e i design minimalisti dei nanomateriali sintetici, ottimizzato per le condizioni di laboratorio.

I progressi della nanotecnologia hanno permesso di controllare le dimensioni, forma, composizione, elasticità e proprietà chimiche dei nanomateriali prodotti in laboratorio. Eppure molti di questi materiali non funzionano come previsto nel corpo. In un recente numero di Biointerfasi , da AIP Publishing, il team si concentra sulle biomembrane, gli strati bilipidi di controllo e le proteine ​​che circondano le cellule. Esplorano le barriere che un nanomateriale sintetico deve superare per entrare in una cellula e raggiungere lo scopo previsto.

La prospettiva di consenso del team sulla progettazione di nanomateriali "intelligenti" di prossima generazione per applicazioni biologiche è nata dalle discussioni in un recente workshop su biomateriali e membrane. Il workshop annuale è organizzato dalla rete di formazione iniziale Smart Nano-objects for Alteration of Lipid bilayers (SNAL), finanziato dal Settimo Programma Quadro dell'Unione Europea.

Gli autori sottolineano che l'introduzione di nanomateriali sintetici in ambienti biologici può innescare interazioni inaspettate e comportamenti imprevedibili, caratteristiche dei sistemi di materia soffice. Le proteine ​​si legano a oggetti su scala nanometrica formando corone proteiche che possono ostacolare l'effetto terapeutico atteso, alterare i processi di segnalazione di membrana, indurre una risposta immunitaria, o innescare altre reazioni indesiderate.

Allo stesso modo, studi teorici e simulazioni assumono nanomateriali perfettamente uniformi con proprietà idealizzate, ma i nanomateriali reali possono variare in rugosità superficiale e dimensioni. Inoltre, possono raggrupparsi quando introdotti nel corpo. Anche lievi variazioni possono portare a diverse interazioni nei mezzi biologici.

"Le sfide che poniamo sono destinate a servire come linee guida che aiuteranno il campo ad affrontare i prossimi gradi di complessità biologica, difficoltà e domande aperte, " ha detto Marco Werner, presso l'Universitat Rovira i Virgili in Spagna. "Se i concetti teorici, modelli a membrana, e gli esperimenti sulle cellule si avvicinano e incoraggiano un linguaggio comune, miglioreremo anche la nostra capacità di prevedere se i materiali che progettiamo raggiungeranno lo scopo previsto".