Nano proti koronaviru?

Jsou nanometrové struktury příliš malé na to, aby je bylo možné vidět? – S pomocí speciálních mikroskopů je to dnes možné: Mikroskopický systém založený na strukturovaném osvětlení (N-SIM, Nikon), rozlišení až v nižším nanometrovém rozsahu díky stochastické optické rekonstrukci (N-Storm, Nikon), zvlášť ergonomicky navržený výzkumný mikroskop, invertovaný výzkumný mikroskop jako základ pro super rozlišení (N-Dtorm N-SIM). (Obrázek: Nikon)

Jsou nanometrové struktury příliš malé na to, aby je bylo možné vidět? – S pomocí speciálních mikroskopů je dnes možné: Mikroskopické systémy založené na strukturovaném osvětlení (N-SIM, Nikon), rozlišení až v nižším nanometrovém rozsahu díky stochastické optické rekonstrukci (N-Storm, Nikon), obzvlášť ergonomicky navržený výzkumný mikroskop, reverzní výzkumný mikroskop jako základ pro super-rezoluční metody (N-Dtorm N-SIM). (Obrázek: Nikon)

Jsou nanometrové struktury příliš malé na to, aby je bylo možné vidět? – S pomocí speciálních mikroskopů je to dnes možné: Mikroskopické systémy založené na strukturovaném osvětlení (N-SIM, Nikon), rozlišení až v nižších nanometrech díky stochastické optické rekonstrukci (N-Storm, Nikon), zvlášť ergonomicky navržený výzkumný mikroskop, reverzní výzkumný mikroskop jako základ pro metody super rozlišení (N-Dtorm N-SIM). (Obrázek: Nikon)

Jsou nanometrové struktury příliš malé na to, aby je bylo možné vidět? – S pomocí speciálních mikroskopů je to dnes možné: Mikroskopické systémy založené na strukturovaném osvětlení (N-SIM, Nikon), rozlišení až v nižším nanometrovém rozsahu díky stochastické optické rekonstrukci (N-Storm, Nikon), zvlášť ergonomicky navržený výzkumný mikroskop, reverzní výzkumný mikroskop jako základ pro super-rezoluční metody (N-Dtorm, N-SIM). (Obrázek: Nikon)

Eisenoxid známe jako rez, který se snažíme vyhnout. Ovšem nano-oxid železa je výkonným kontrastním prostředkem pro lékařské zobrazovací metody. Nano-graphen nabízí mimo jiné základ pro nové detektory dalekého infračerveného záření – a nakonec: nanopartikulární vakcíny by mohly učinit nebezpečný virus SARS-CoV-2 neškodným.

Živá očkování představují bezpečnostní riziko, protože se mohou vrátit do virulentního stavu. Inaktivovaná vakcíny působí relativně slaběji a jsou složitější na výrobu. Oběma slabým stránkám konvenčních vakcín nabízí nanobiotechnologie řešeníové koncepty.

Ve tvaru a velikosti se nanodíly používané v nich podobají viru a jsou proto zvlášť dobře obklopeny antigen-presentujícími buňkami. Ty následně aktivují požadovanou specifickou imunitní odpověď. Jedinečností mnoha nanovakcín je: epitope, tj. molekulární fragmenty antigenu, které vyvolávají imunitní odpověď, se opakují (repetitivní epitope) – což je dobré pro jejich rozpoznání.

Naprostá novinka nejsou nanopartikulární vakcíny. Již v roce 1986 byl schválen první vakcína proti hepatitidě B. Dnes existuje několik možností. Například částice v rozmezí 1 až 1000 nanometrů mohou sloužit jako nosičové materiály, jako například u vakcíny proti hepatitidě B.

Jedním z nejperspektivnějších konceptů však realizuje společnost Alpha-O Peptides ze Riehenu ve svých samostatně agregujících se proteinových nanopartikulách. Při tom se použité proteiny spojují v důsledku hydrofobních a iontových interakcí do proteinových nanopartikul. Vznikají primárně struktury α-helixů, které díky silnému spojení vytvářejí „superspirálové“ struktury. Podařilo se na této bázi vybudovat platformu nanopartikul pro vakcíny, jakýsi základní strukturu určité symetrie a velikosti (přesněji: dodekaedricko-ikosaedrická symetrie, velikost částic: 16–25 nm, podobně jako virusové kapsidy). Tato základní struktura může být přizpůsobena k boji s různými viry (například výběrem epitopech).

Alpha-O Peptides již má v závěsu vakcínu proti malárii (stav: klinické testy na lidech, fáze I/IIa v USA) a nyní vyvinula další proti viru SARS-CoV-2. V současnosti je testována na zvířecích modelech, zda skutečně stimuluje tělo k produkci protilátek a zda tyto nakonec mohou virus učinit neškodným.

Komfortní dvoukomponentní nano-vakcína

Další nová vakcína, která již byla testována na makacích, využívá takzvané repliconové RNA (repRNA). Výhoda: výrazně podporuje tvorbu protilátek, aniž by musela proniknout do jádra buňky. Nevýhoda: mimo buňky je repRNA rychle rozkládána enzymy.

Tuto nevýhodu lze však nyní kompenzovat tím, že se účinná látka pro transport do buněk zabalí do speciálních, chráněných nanopartikul, takzvaných „Lipid InOrganic Nanoparticles“ (Lions). Pokud se ukáže, že takzvaný HDT-301 je úspěšný v klinických studiích, vznikla by vakcína ze dvou složek; ty by se mohly pohodlně vyrábět odděleně a spojit přímo u pacienta – připravené k injekci.

Eisenoxidové nanopartikulární pro kombinovanou MRT/CT zobrazování

Další lékařské využití nanotechnologie se týká zobrazování pomocí magnetické rezonance (MRI). Využívá se skutečnosti, že doby relaxace excitovaných jader vodíku se liší podle tkáně, což umožňuje „kontrastování“. Selektivní obohacení železito-oxidovými nanopartikulami umožňuje tento efekt přesněji řídit, a to ve smyslu jasnějšího zobrazení. Tyto nanopartikulky mění relaxaci okolních excitovaných jader vodíku.

Řada nápadů jde ještě dál. Například lze železito-oxidové nanopartikulky vkládat do polymerových nanopartikul. V podobě takových velkosériově vyráběných jádro/shell „Fe3O4@MAOETIB“ nanopartikul lze je použít jak pro MRI, tak pro počítačovou tomografii (CT). Jako duální kontrastní prostředky pro kombinované CT/MRI vyšetření mají velký potenciál zjednodušit zobrazování nádorů.

V oblasti infračervené analytiky nabízejí jemné grafenové struktury nový přístup k vylepšeným detektorům. Jde o detektory vzdáleného infračerveného záření s grafenovými nanobázemi jako fotosenzitivními prvky, dále černý fosfor a arsen. Výzkumníci z laboratoře 2D materiálů a nanotechnologií v Moskvě vidí šanci nahradit takovými detektory všechny detektory vzdáleného infračerveného a terahertzového záření – vzrušující soutěž. Aplikace infračervených senzorů najdeme v různých oblastech, například v nočních viděních, dálkových ovladačích, cílových letadlech a snímačích srdečního tepu, ale například i – jako alternativa k rentgenu – v zavazadlových skenerech.

Masová syntéza složitých nanostébelek

Pro předpověď optických, katalytických nebo magnetických vlastností složitě konstruovaných nanopartikul dnes často využívá umělou inteligenci. Funguje to tak úspěšně, že často není problémem navrhování nových materiálů, ale masová syntéza velkého množství kvalitních kandidátů, navržených počítačem. Pomocí standardního laboratorního skla lze nyní velmi snadno a rychle vyrobit až 65 000 nanostébelek s různými kombinacemi sulfidových kovových materiálů; před několika lety by na to bylo potřeba měsíců nebo let.

Takto se na letošní výstavě Ilmac v Basileji stává hmatatelná obrovská rozmanitost nanochemie, která by se mohla vyvíjet výrazně dynamičtěji, než si nedávno ještě dovedli představit.