As células e o maquinário que elas envolvem são de matéria mole - sistemas multicomponentes que mudam de forma com uma riqueza avassaladora de formas. Mas, esses pacotes moles são alvos difíceis para potenciais aplicações terapêuticas e diagnósticas que exploram nanomateriais, de pontos quânticos que iluminam tecidos específicos a nanocages carregando cargas úteis de drogas.

O problema, de acordo com uma equipe de 12 especialistas de cinco países, decorre de uma "incompatibilidade" entre a complexidade estrutural que a natureza selecionou ao longo de bilhões de anos de evolução e os designs minimalistas de nanomateriais sintéticos, otimizado para condições de laboratório.

Os avanços da nanotecnologia tornaram possível controlar o tamanho, forma, composição, elasticidade e propriedades químicas de nanomateriais feitos em laboratório. No entanto, muitos desses materiais não funcionam como esperado no corpo. Em uma edição recente da Biointerfases , da AIP Publishing, a equipe se concentra nas biomembranas - as camadas bilipídicas e proteínas que circundam as células. Eles exploram as barreiras que um nanomaterial sintético deve romper para entrar em uma célula e alcançar seu propósito pretendido.

A perspectiva de consenso da equipe sobre o projeto de nanomateriais "inteligentes" de próxima geração para aplicações biológicas se originou em discussões em um workshop recente sobre biomateriais e membranas. O workshop anual é organizado pela Rede de Treinamento Inicial de Nanoobjetos Inteligentes para Alteração de Bicamadas Lipídicas (SNAL), financiado pelo Sétimo Programa-Quadro da União Europeia.

Os autores enfatizam que a introdução de nanomateriais sintéticos em ambientes biológicos pode desencadear interações inesperadas e comportamentos imprevisíveis, características dos sistemas de matéria mole. As proteínas se ligam a objetos em nanoescala formando coronas de proteínas que podem impedir o efeito terapêutico esperado, alterar os processos de sinalização de membrana, induzir uma resposta imune, ou desencadear outras reações indesejadas.

De forma similar, estudos teóricos e simulações assumem nanomateriais perfeitamente uniformes com propriedades idealizadas, mas os nanomateriais reais podem variar em aspereza e tamanho da superfície. Adicionalmente, eles podem se agrupar quando apresentados ao corpo. Mesmo pequenas variações podem levar a diferentes interações em meios biológicos.

"Os desafios que colocamos têm como objetivo servir como diretrizes que ajudarão o campo a enfrentar os próximos graus de complexidade biológica, dificuldades e questões abertas, "disse Marco Werner, na Universitat Rovira i Virgili na Espanha. “Se conceitos teóricos, modelos de membrana, e os experimentos com células se aproximam e encorajam uma linguagem comum, também melhoraremos nossa capacidade de prever se os materiais que projetamos atingirão o objetivo pretendido. "