Perspectivă Biotehnologică Privind Aplicarea Coloizilor Magnetici de Oxid de Fier Modificati cu Polizaharide

O perspectivă biotehnologică privind aplicarea coloizilor magnetici de oxid de fier modificati cu polizaharide.

Abstract

Doar nanoparticule magnetice (MNPs) din oxid de fier sunt potrivite pentru un spectru larg de aplicaţii, dar stabilitatea scazuta şi marimea distributiei eterogene în mediu apos reprezintă obstacole majore. Aceste obstacole pot fi totuşi reduse sau diminuate prin acoperirea nanoparticolelor magnetice MNPs cu diferiti polimeri, în special biopolimeri, cum ar fi polizaharidele. Polizaharidele sunt biocompatibile, non-toxice şi regenerabile; în plus, ele posedă grupari chimice care permit functionarea urmatoare a MNPs. Entităţile multifunctionale pot fi create prin decororarea cu molecule specifice, de exemplu proteine, peptide, medicamente, anticorpi, liganzi biomimetic, agenţi de transfecţie, celule, şi alti liganzi. Aceasta dezvoltare deschide o întreagă gamă de aplicatii pentru nanoparticule din oxid de fier. În aceasta revizuire proprietăţile structurilor magnetice compuse din NM şi cateva polizaharide (agaroză, alginat, caragenan, chitosan, dextran, Heparina, guma arabă, Pollulan şi amidon) vor fi discutate, din punctul de vedere al aplicatiilor biomedicale si biotehnologice recente si viitoare.

Introducere

Biopolimerii sunt realizati din compusi simpli, biologici şi sunt

produsi de organisme vii. Acestea sunt materiale regenerabile, în general

non-toxice si biodegradabile, care combina excelent proprietatile functionale cu mediul primitor (Satyanarayana et al., 2009; Sundar et al., 2010).Polizaharidele sunt un grup de biopolimeri compusi din repetarea unităţilor mono- sau dizaharide legate prin legături glicozidice, care formează structuri liniare sau ramificate. O mare varietate din construirea compozitiei de blocaj precum şi diferitele grade de libertate ale tipului de ramificare şi greutatea moleculară a polimerului, rezultat în complexul homo- şi heteropolizaharide posedă proprietati foarte distincte fizico-chimice.

De asemenea, polizaharidele combinate cu proteine sau lipide formeaza peptidoglicanzi? şi glicolipide, sau ele pot exista ca glycosoaminoglycans? ce conţine o unitate de dizaharide ce se repeta, în care un zahăr este aminat si celalalt contine o grupare sulfat incarcata negativ sau o grupare carboxilica.

Ca şi în alti biopolimeri, polizaharide pot fi izolate de la surse naturale (de ex. lemn, arbori exudati?, alge marine şi bacterii) sau produsi prin rute biotehnologice folosind microorganisme modificate genetic (Cai et al., 2006). Deşi există mai multe

polizaharide disponibile comercial, avansuri suplimentare în domeniul biotehnologiei

va creşte gama de materiale noi, avand performanţă îmbunătăţită şi costurile de producţie mai mici (Rinaudo, 2008).

Polizaharide au aplicatii în industriile alimentare, farmaceutice, materiale plastice şi de petrol, în care acestea acţionează ca emulsificatori, agenţi de îngroşare, modificatori reologici, hidrogeluri, topirea plasticului, fibre, filme, adezivi, agenti de livrare de medicamente şi aromă etc. Cu toate acestea, producţia biotehnologică a biopolimerilor deschide noi posibilităţi

pentru crearea de proprietăţi personalizate în aplicaţii de mare valoare medicala adaptate în mod special faţă de livrare de medicamente şi ingineria tisulară.

De mai bine de 30 de ani, polizaharide au atras atenţia oamenilor de stiinta nanotehnologi. Ele au fost descoperite ca fiind stabilizatori coloidali eficienti, agenţi cu biocompatibilitate crescuta, ce conferă funcţionalitate chimica faţă de nanostructuri, de la nanotuburi de carbon (Bandyopadhyaya et al., 2002), pana la particule de argint şi aur coloidal (Balantrapu şi Goia, 2009;. Velikov et al, 2003), puncte cuantice şi nanoparticule magnetice din oxid de fier (NM). Această revizuire se va concentra pe aplicaţiile actuale ale polizaharidelor ca agenţi pentru modificarea suprafeţei NM, şi pe perspectivele prezente si viitoare ale acestor nanostructuri pentru aplicatiile biomedicale şi biotehnologice.

2. Proprietatile nanoparticulelor din oxid de fier

Particulele magnetice din oxid de fier de dimensiuni nano, cea mai mare parte de magnetit (Fe3O4) şi maghemite (γ-Fe2O3), sunt o categorie importanta de materiale pe umatate metalice. NM oferă posibilităţi atractive în biomedicină, in cercetare şi in procesele de separare, datorită proprietăţilor remarcabile precum superparamagnetism şi biocompatibilitate.

În plus, uşurinţa de sinteză, acoperire şi functionalizare ulterioare, precum şi suprafaţa mare a volumului de indicatori ai NM oferă o flexibilitate de neegalat (Boyer et al, 2010;. Corchero şi Villaverde, 2009, Gupta şi Gupta, 2005a;. Pankhurst et al, 2009) (Fig. 1 şi 2).

Fig. 1. Proprietăţi importante ale nanoparticulelor magnetice din oxid de fier pentru aplicaţii biomedicale şi biotehnologice. (A) Superparamagnetism (B) câmp magnetic în cadrul unui efect termic alternativ; (C) flexibilitate în procedurile de sinteza si de acoperire ale biopolimerilor; (D) particule de dimensiuni nano datorita volumului indicatorilor de mare dimensiune?

Fig 2. Exemple de nanoparticule magnetice acoperite cu polizaharide şi decorate cu receptori multifuncţionali.