ナノメディシン用途向けのレドックス活性ナノ材料

ナノメディシンは、疾患の診断、治療、予防のためにナノ材料の顕著な特性を利用しています。これらのナノ材料の多くは、反応性酸素種の強力なスカベンジャーとして機能する可能性のある堅牢な抗酸化特性を持つことが示されています。逆に、いくつかのナノ材料は、さまざまな副産症の発生に寄与すると考えられる酸化ストレスの開始を促進する可能性のある反応性酸素種の生成を促進することが示されています。そのため、生物学的実体に対するナノ材料の影響は、しばしばそれらの特定の酸化還元特性に関連付けられ、影響を受けます。このレビューでは、幅広い生物医学的アプリケーションで使用されている、または使用されると予測されているナノ材料のいくつかのクラスの概要を概説し、その独自の酸化還元特性に焦点を当てた議論を行います。検査されたナノ材料には、鉄、セリウム、およびチタン金属酸化物ナノ粒子、金、銀、セレンナノ粒子、およびグラフェン、カーボンナノチューブ、フラーレン、およびその誘導体/変動などのさまざまなナノスケール炭素同盟が含まれます。議論の主なトピックには、ナノ材料が生物学的存在と直接相互作用する化学メカニズムや、したがって間接的に影響を受ける生物学的カスケードが含まれます。ナノ材料の酸化還元特性と、それらが生物学的反応にどのように影響するかを強調する選択されたケーススタディは、記載されている各ナノ材料の生物学的に関連するレドックスメカニズムを例証するために使用されます。

Nanomedicine utilizes the remarkable properties of nanomaterials for the diagnosis, treatment, and prevention of disease. Many of these nanomaterials have been shown to have robust antioxidative properties, potentially functioning as strong scavengers of reactive oxygen species. Conversely, several nanomaterials have also been shown to promote the generation of reactive oxygen species, which may precipitate the onset of oxidative stress, a state that is thought to contribute to the development of a variety of adverse conditions. As such, the impacts of nanomaterials on biological entities are often associated with and influenced by their specific redox properties. In this review, we overview several classes of nanomaterials that have been or projected to be used across a wide range of biomedical applications, with discussion focusing on their unique redox properties. Nanomaterials examined include iron, cerium, and titanium metal oxide nanoparticles, gold, silver, and selenium nanoparticles, and various nanoscale carbon allotropes such as graphene, carbon nanotubes, fullerenes, and their derivatives/variations. Principal topics of discussion include the chemical mechanisms by which the nanomaterials directly interact with biological entities and the biological cascades that are thus indirectly impacted. Selected case studies highlighting the redox properties of nanomaterials and how they affect biological responses are used to exemplify the biologically-relevant redox mechanisms for each of the described nanomaterials.