nanomedisin

Biosensorer har som mål å påvise eller finne konsentrasjonen av kjemiske stoffer. De er viktige for å for eksempel påvise sykdom eller oppdage forurensing. De brukes også i matproduksjon og medisinsk forskning.

Biosensorer måler konsentrasjonen av kjemiske stoffer ved at de danner et elektrisk eller optisk signal som er proporsjonal med konsentrasjonen til stoffet. For å påvise stoffet brukes et biologisk element. Det biologiske elementet kan for eksempel være antistoffer som binder seg til stoffet som skal påvises.

Eksempler på biosensorer er tester for koronavirus som bruker gull-nanopartikler festet til antistoffer. Når proteiner fra viruset er tilstede, binder de seg mellom antistoffet som er bundet til gull-nanopartikkelen og antistoffer som er festet til en overflate. På grunn av gull-nanopartikkelenes karakteristiske rød farge vil dette forme en rød linje som indikerer et positivt testresultat.

Fordeler med slike covid-tester er at de er billig, har bra holdbarhet når de er tørre, er enkle å produsere og ikke trenger trent helsepersonell for å operere de. Slike tester var derfor en essensiell del for å kontrollere spredningen av covid-19.

Vevsteknologi (fra engelsk tissue engineering) er design, forskning og fabrikasjon av kunstige biologisk vev. Et av formålene er å dyrke kunstige organer. For å dyrke organene brukes stamceller som kan omdanne seg til spesifikke celletyper som blod-, nerve- eller hudceller.

Cellekulturen gror på «stillaser», som brukes for å gi dem riktig 3D-struktur. De mekaniske og kjemiske egenskapene til materialet som stillaset er bygget av, påvirker hvilken type celle som stamcellene blir omdannet til.

Nanomaterialer har ført til «stillaser» med forbedret mekaniske og biologiske egenskaper. For eksempel har gull-nanopartikler skapt hjertevev med bedre elektriske koblinger. Mens nanopartikler av titandioksid har ført til både økt cellevekst og forbedret mekaniske egenskaper.

Vevsteknologi er også en essensiell del av medisinsk forskning. Mange organer, som hjernen, får sine egenskaper på grunn av sin tredimensjonale struktur. Ved å dyrke tredimensjonale miniatyrversjoner av organer kalt organoider kan forskere teste hypoteser som ellers ville vært vanskelig eller umulig å gjennomføre.

Nanopartikler kan bli brukt for å målrettet levere medisin til spesifikke deler av kroppen. De kan for eksempel reagere på endringer i pH, temperatur, lys, elektriske felt, ultralyd og regulering fra enzymer.

Ved å utnytte disse egenskapene kan man kontrollere hvor nanopartiklene vil slippe ut medikamenter. Dette er spesielt nyttig i kreftbehandling hvor man kan utnytte spesifikke trekk av kreftcellene til å slippe ut cellegift der de befinner seg.

For eksempel kan man feste molekyler til nanopartiklene som gjenkjenner overflatestoffer som finnes spesifikt på kreftcellene. Når nanopartikelen fester seg til overflaten av kreftcellen, vil den da slippe ut cellegiften. Siden høyere andel av cellegiften går til kreftcellene, vil behandlingen være mer effektiv og ha færre bivirkninger.

mRNA-vaksiner frakter mRNA-molekyler inn i celler. Når mRNA-et er i cellen, starter cellen å produsere proteiner som finnes på overflaten av viruset. Etter at immunforsvaret oppdager proteinene, lærer den seg å effektivt gjenkjenne og angripe virus-proteinene i framtiden.

Siden RNA-et er elektrisk ladet vil den ikke greie å trenge gjennom den upolare membranen til cellen. Derfor er det nødvendig med et transportmiddel, kalt «vektor», som kan hjelpe RNA-et inn i cellen. Ved å innkapsle RNA-et i en lipid-nanopartikkel (fett-nanopartikkel) kan RNA-et komme inn i cellen ved at nanopartikkelen smelter seg sammen med celleveggen.