Celler och maskineriet de omsluter är mjuk materia – formskiftande flerkomponentsystem med en överväldigande rikedom av former. Men, dessa squishy förpackningar är hårda mål för potentiella terapeutiska och diagnostiska tillämpningar som utnyttjar nanomaterial, från kvantprickar som lyser upp specifika vävnader till nanokammar som bär läkemedelslaster.

Problemet, enligt ett team av 12 experter från fem länder, härrör från en "missmatch" mellan den strukturella komplexiteten som naturen valt under miljarder år av evolution och de minimalistiska designerna av syntetiska nanomaterial, optimerad för labbförhållanden.

Framsteg inom nanoteknik har gjort det möjligt att kontrollera storleken, form, sammansättning, elasticitet och kemiska egenskaper hos laboratorietillverkade nanomaterial. Ändå fungerar många av dessa material inte som förväntat i kroppen. I ett färskt nummer av Biointerfaser , från AIP Publishing, teamet bor på biomembraner-grindvakten bilipidskikt och proteiner som omger celler. De utforskar barriärerna ett syntetiskt nanomaterial måste bryta för att komma in i en cell och uppnå sitt avsedda syfte.

Teamets konsensusperspektiv på att designa nästa generations "smarta" nanomaterial för biologiska tillämpningar har sitt ursprung i diskussioner vid en nyligen genomförd workshop om biomaterial och membran. Den årliga workshopen anordnas av Smart Nano-objects for Alteration of Lipid bilayers (SNAL) Initial Training Network, finansieras av Europeiska unionens sjunde ramprogram.

Författarna betonar att introduktion av syntetiska nanomaterial i biologiska miljöer kan utlösa oväntade interaktioner och oförutsägbara beteenden, kännetecken för mjukmaterialsystem. Proteiner binder till nanoskala objekt som bildar proteinkoronor som kan hindra den förväntade terapeutiska effekten, ändra membransignaleringsprocesserna, inducera ett immunsvar, eller utlösa andra oönskade reaktioner.

Liknande, teoretiska studier och simuleringar förutsätter helt enhetliga nanomaterial med idealiserade egenskaper, men riktiga nanomaterial kan variera i ytråhet och storlek. Dessutom, de kan samlas när de introduceras till kroppen. Även små variationer kan leda till olika interaktioner i biologiska medier.

"De utmaningar vi ställer är avsedda att tjäna som riktlinjer som hjälper fältet att hantera nästa grad av biologisk komplexitet, svårigheter och öppna frågor, sa Marco Werner, vid Universitat Rovira i Virgili i Spanien. "Om teoretiska begrepp, membranmodeller, och cellexperiment rör sig närmare varandra och uppmuntrar ett gemensamt språk, vi kommer också att förbättra vår förmåga att förutsäga om materialen vi designar kommer att uppnå sitt avsedda syfte."