生物医学用途向けのナノ粒子の生体模倣表面工学の戦略

エンジニアリングされたナノ粒子（NP）は、生物医学科学やナノメディシンでますます重要な役割を果たします。しかし、大幅な進歩にもかかわらず、放出時間と空間ターゲティングの観点から、正確に定義された治療効果を備えた薬物負荷NPを構築することは依然として困難です。体は、異物に複数の生理学的および細胞障壁を課す非常に複雑なシステムです。血流または経口投与後の注射時に、NPは意図した標的に到達する前に多数の障壁をバイパスする必要があります。特に成功した設計戦略は、細胞の外膜の組成と機能性を模倣する外面でそれを覆うことにより、NPを生物学的環境にマスキングすることです。このレビューでは、この生体模倣アプローチについて説明しています。まず、細胞膜の組成と機能の重要な特徴を概説します。次に、タンパク質、ペプチド、炭水化物など、細胞膜に存在する生体分子を模倣する分子の製造における最近の発展を提示します。このような生物活性分子をNPS表面にリンクするための効果的な戦略を提示し、マルチモーダル診断および標的特異的薬物/遺伝子送達アプリケーションに役立つ生体模型NPのエキサイティングな例を提示することにより、このアプローチの能力を強調します。最後に、将来の研究と生体模倣NPのアプリケーションの重要な方向性が読者に提案されています。

Engineered nanoparticles (NPs) play an increasingly important role in biomedical sciences and in nanomedicine. Yet, in spite of significant advances, it remains difficult to construct drug-loaded NPs with precisely defined therapeutic effects, in terms of release time and spatial targeting. The body is a highly complex system that imposes multiple physiological and cellular barriers to foreign objects. Upon injection in the blood stream or following oral administation, NPs have to bypass numerous barriers prior to reaching their intended target. A particularly successful design strategy consists in masking the NP to the biological environment by covering it with an outer surface mimicking the composition and functionality of the cell's external membrane. This review describes this biomimetic approach. First, we outline key features of the composition and function of the cell membrane. Then, we present recent developments in the fabrication of molecules that mimic biomolecules present on the cell membrane, such as proteins, peptides, and carbohydrates. We present effective strategies to link such bioactive molecules to the NPs surface and we highlight the power of this approach by presenting some exciting examples of biomimetically engineered NPs useful for multimodal diagnostics and for target-specific drug/gene delivery applications. Finally, critical directions for future research and applications of biomimetic NPs are suggested to the readers.