Nanomotorer är molekylära eller nanoskaliga enheter som kan röra sig genom ett biologiskt medium genom att omvandla kemisk energi till rörelse, och kan användas för leverans av farmaceutiska läkemedel till specifika delar av kroppen. Vanligtvis, nanomotorer använder biomolekyler för framdrivning. Dock, dessa molekyler kan utsättas för nedbrytning när de är i kroppen. Forskare från Institutet för komplexa molekylära system (ICMS) vid Eindhovens tekniska universitet (TU/e) tillsammans med forskare från Soochow University, Swansea University, och Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC) har utvecklat en ny hybridmetod för biologiskt nedbrytbara nanomotorer där oorganiska nanopartiklar lagrade i nanomotorerna hjälper till att driva nanomotorerna. Denna studie har publicerats i tidskriften Nanobokstäver .

Ett framväxande område inom biomedicin som för närvarande undersöks är användningen av motoriserade partiklar som transporterar läkemedel till sjuk vävnad. För att fungera korrekt, dessa partiklar måste vara biokompatibla, biologiskt nedbrytbar, och tillräckligt små för att cirkulera och resa dit de behövs.

En nyligen publicerad tidning i Nanobokstäver beskriver konstruktionen och funktionaliteten hos en nanomotor som uppfyller alla dessa krav. Denna hybridstruktur, som består av ett organiskt yttre, driver sig själv med hjälp av en oorganisk nanopartikel som fungerar som en motor som forskarna har syntetiserat inuti nanomotorn. Forskningen leddes av Jan van Hest och Loai Abdelmohsen från Institute for Complex Molecular Systems vid TU/e ​​i samarbete med Samuel Sánchez från Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC) i Barcelona, samt forskare baserade i Kina och Storbritannien.

Innovativ nanomotor

Den innovativa hybrid nanomotorn består av en struktur som kallas en stomatocyt, sammansatt av poly(etylenglykol)-block-poly(D, L-laktid) (PEG−PDLLA) byggstenar, som är laddad med mangandioxid, motorn för nanomotorn. PEG-PDLLA-blocksampolymerstomatocyterna är skålformade strukturer och har en ihålig inre hålighet med en liten öppning mot den yttre miljön. Tidigare forskning har visat förmågan hos dessa partiklar att begränsa och skydda en motor eller bränsle i kaviteten, som sedan kan katalyseras för att initiera rörelse genom komplexa biologiska miljöer.

Syntetiserat i nanomotorn

Detta arbete erbjuder ett nytt tillvägagångssätt:Mangandioxidmotorn syntetiseras inuti stomatocytens nanomotor. När denna oorganiskt baserade motor reagerar med väteperoxid, det skapar nanobubblor av syre som utvisas från stomatocytens lilla öppning, och driver därmed strukturen i motsatt riktning. Väteperoxid, som är giftigt för celler, är starkt uttryckt i tumörmikromiljöer. Stomatocyterna kan också återanvändas förutsatt att motorn i deras hålighet förblir funktionell, och om den inte används, motorn "flyr" inte från öppningen ens efter en period på tre månader.

Hybridstrukturen som beskrivs är helt biokompatibel och biologiskt nedbrytbar, på grund av dess organiska yttre. Dessutom, nanomotorerna skulle kunna användas som multimodala plattformar och det finns potential att fjärrstyra partiklarna med externa signaler som magnetfält eller ljus. Med andra ord, dessa nya hybridföreningar uppvisar de bästa egenskaperna hos oorganiska och organiska nano-arkitekturer. Denna studie banar väg för ytterligare utforskning av autonoma nanomotorer och deras många potentiella tillämpningar inom biomedicin.