Protein-Nanoparticle Interactions: The Bio-Nano Interface

در سال‌های اخیر ساخت نانومواد و کاوش در خواص آنها توجه رشته‌های مختلف علمی مانند زیست‌شناسی، فیزیک، شیمی و مهندسی را به خود جلب کرده است. اگرچه سیستم‌های نانوذراتی در حوزه‌های مختلف علمی و فناوری مورد توجه قابل توجهی هستند، اطلاعات کمی در مورد ایمنی این اشیاء در مقیاس نانو وجود دارد. اکنون مشخص شده است که سطوح نانوذرات بلافاصله پس از ورود به محیط بیولوژیکی توسط مولکول‌های زیستی (مانند پروتئین‌ها، یون‌ها و آنزیم‌ها) پوشیده می‌شوند. این برهمکنش با محیط زیستی سطح نانوذرات را تعدیل می‌کند و به سطوح آن‌ها «هویت بیولوژیکی» می‌دهد (که به آن «کرونا» گفته می‌شود)، که پاسخ‌های سلولی/بافتی بعدی را تعیین می‌کند. رابط جدید بین نانوذرات و محیط زیست/پروتئین‌های بیولوژیکی، که "رابط زیست نانویی" نامیده می‌شود، تا به امروز به ندرت با جزئیات مورد مطالعه قرار گرفته است، اگرچه علاقه به این موضوع به سرعت در حال افزایش است.

در این رابطه بسیار نادر است. در کتاب، اهمیت ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی نانوذرات برای خواص تاج پروتئینی به طور مفصل مورد بحث قرار می‌گیرد و به دنبال آن توضیحات جامعی از روش‌های ارزیابی برهم‌کنش‌های پروتئین- نانوذره ارائه می‌شود. مزایا و محدودیت‌های روش‌های ارزیابی کرونا موجود (مانند روش‌های طیف‌سنجی، طیف‌سنجی جرمی، رزونانس مغناطیسی هسته‌ای، میکروسکوپ الکترونی، کریستالوگرافی اشعه ایکس، و رسوب‌گذاری گریز از مرکز تفاضلی) به تفصیل مورد بررسی قرار می‌گیرند، و سپس در مورد احتمالات افزایش جریان بحث می‌شود. روش ها و فراخوانی برای تکنیک های جدید. علاوه بر این، مزایا و معایب پدیده‌های برهم‌کنش پروتئین- نانوذرات با تمرکز بر اثرات بیولوژیکی بررسی و مورد بحث قرار می‌گیرند.

In recent years, the fabrication of nanomaterials and exploration of their properties have attracted the attention of various scientific disciplines such as biology, physics, chemistry, and engineering. Although nanoparticulate systems are of significant interest in various scientific and technological areas, there is little known about the safety of these nanoscale objects. It has now been established that the surfaces of nanoparticles are immediately covered by biomolecules (e.g. proteins, ions, and enzymes) upon their entrance into a biological medium. This interaction with the biological medium modulates the surface of the nanoparticles, conferring a “biological identity” to their surfaces (referred to as a “corona”), which determines the subsequent cellular/tissue responses. The new interface between the nanoparticles and the biological medium/proteins, called “bio-nano interface,” has been very rarely studied in detail to date, though the interest in this topic is rapidly growing.

In this book, the importance of the physiochemical characteristics of nanoparticles for the properties of the protein corona is discussed in detail, followed by comprehensive descriptions of the methods for assessing the protein-nanoparticle interactions. The advantages and limitations of available corona evaluation methods (e.g. spectroscopy methods, mass spectrometry, nuclear magnetic resonance, electron microscopy, X-ray crystallography, and differential centrifugal sedimentation) are examined in detail, followed by a discussion of the possibilities for enhancing the current methods and a call for new techniques. Moreover, the advantages and disadvantages of protein-nanoparticle interaction phenomena are explored and discussed, with a focus on the biological impacts.