Nanotecnologia no combate a doenças infecciosas: diagnóstico, tratamento e prevenção

Nanotecnologia

A nanotecnologia é frequentemente explorada em filmes de super-heróis e ficção científica como materiais ou equipamentos ultratecnológicos que cabem na ponta dos dedos e conferem propriedades melhoradas ao usuário ou ao próprio objeto, como aviões invisíveis. No entanto, a nanociência e sua aplicação prática – a nanotecnologia – não são nada novas e certamente não estão limitadas a aplicações ultratecnológicas. 

Na história, há muitos exemplos de produtos nanotecnológicos de origem mineral usados na confecção de peças cerâmicas, como a taça de Lycurgus do século IV a.C., em vitrais de igrejas medievais e nas cerâmicas do mundo islâmico (Bayda et al. 2019). Hoje, produtos nanotecnológicos estão no cotidiano, como os chips utilizados em aparelhos eletrônicos, as nanopartículas de prata utilizadas em tecidos e cosméticos, e sistemas de entrega de fármacos utilizados em medicamentos.

Mas o que define algo como “nano”? Basicamente, tudo que está na escala nanométrica, de 10e-9, ou quase um bilionésimo de um milímetro. Por definição, a nanociência e a nanotecnologia estudam e produzem, respectivamente, materiais de 1 a 100 nm, de origem sintética ou natural, com compostos orgânicos e inorgânicos que se organizam por processos físicos e químicos simples ou complexos (Shahcheraghi et al., 2022; Griffin et al., 2018). 

Se olharmos para a natureza, é impossível não reconhecê-la como uma nanotecnologista incrível (Griffin et al., 2018). Além de nanoestruturas que se comportam de formas diferentes na luz e de biomateriais ultrarresistentes como a teia de aranhas (Prabhakar, 2018), há também biomateriais comuns na biologia sintética, como os vírus, ácidos nucleicos e as proteínas. 

Os vírus, por exemplo, se comportam como nanopartículas autorreplicantes que se assemelham a nanorrobôs (ou nanobots), sendo alguns iguais aos de filmes de espiões, inserindo informação no genoma do hospedeiro e sabotando seu funcionamento normal. Já o material genético (DNA e RNA) é capaz de armazenar uma infinidade de informações, com um grama de DNA correspondendo a 215 petabytes ou 215 milhões de gigabytes (https://wyss.harvard.edu/news/save-it-in-dna/). Nessa perspectiva, o DNA pode ser visto como um grande HD evolutivo, contendo informações de bilhões de anos. Por fim, as proteínas funcionam como nanomáquinas de reações químicas, motores celulares, canais e transportadores de moléculas, e até mísseis guiados (anticorpos), entre outras funções.

Compreender como esses materiais nanobiotecnológicos funcionam permite que se pense em uma miríade de aplicações na área da saúde. E, claro, eles podem ser a solução para problemas de saúde pública emergentes. Neste post, exploraremos as aplicações da nanotecnologia no diagnóstico, tratamento e prevenção de doenças infecciosas causadas por vírus e bactérias multirresistentes.

 

Menos é mais

Antes de explorarmos as aplicações na saúde, vamos voltar um pouco. Afinal, como miniaturizar materiais ou organizá-los em escala nanométrica  confere propriedades tão interessantes a eles?

Caso você tenha assistido ao homem-formiga, sabe que a natureza funciona de forma diferente da nossa escala. No mundo nano, esses nanomateriais são mais influenciados pela mecânica quântica, o que contribui para seu comportamento físico e químico diferenciado. Nessa escala, as unidades desses materiais são compostas de pouquíssimos átomos, formando uma superfície de contato mais eficiente, com uma distribuição de átomos e elétrons que altera o comportamento óptico, eletrônico e magnético, químico, térmico e mecânico. Se miniaturizar materiais altera suas propriedades físico-químicas, manipular a configuração estrutural também pode conferir propriedades diferentes para o mesmo material, com a mesma composição química. E, não há exemplo melhor do que o carbono. Por exemplo, o carbono no grafite é macio e capaz de conduzir eletricidade em certo grau, enquanto que os nanotubos de carbono são extremamente rígidos e ótimos condutores de eletricidade. Além dos nanotubos de carbono, o grafeno é altamente maleável, resistente e com ótima condutividade térmica e elétrica, além de outras propriedades interessantes. 

Se materiais contendo somente carbono podem se comportar de formas diferentes, materiais orgânicos e biológicos, que se apresentam nas mais variadas formas e configurações, também devem ter comportamentos variados. Um exemplo visível são as proteínas fibrosas. Proteínas fibrosas apresentam composições e conformações diversas, mas que somente conferem as propriedades físicas desejadas quando polimerizadas. Isso significa que uma unidade ou monômero da proteína não é capaz de conferir resistência mecânica e elasticidade, somente quando unidas em uma configuração favorável. Proteínas fibrosas compõem seus fios de cabelo, unhas, cartilagem, músculos, ossos, teias de aranha e seda. Todas essas apresentam características totalmente diferentes, mas sempre são produtos macroscópicos da polimerização de pequenas proteínas, de escala nanométrica. 

E as proteínas globulares? Elas também têm a capacidade de se polimerizar e formar estruturas diversas, como os vírus. Uma única proteína pode formar estruturas icosaédricas (ou quase icosaédricas) enormes na escala nanométrica, com propriedades físicas impressionantes e muito úteis para o vírus, como a estabilidade a altas temperaturas e um grande intervalo de pH. Por exemplo, o poliovirus, causador da poliomielite, é um vírus de estrutura simples que pode ficar meses na natureza, garantindo sua infectividade e a estabilidade do seu material genético quando, por fim, encontrar um hospedeiro (Kramer et al, 2006). Se um vírus simples pode garantir a estabilidade de moléculas no seu interior, o que não podemos fazer com outros vírus e outras moléculas, como vacinas de mRNA e de DNA e fármacos antimicrobianos e antitumorais?

Mutações naturais nestes materiais podem alterar muitas das propriedades desses materiais. E, quando deliberadamente introduzimos mutações, fica muito difícil separar a nanotecnologia e a biotecnologia. Não é por acaso que a área da nanobiotecnologia vem amadurecendo nas últimas décadas, cujos produtos iremos explorar nas próximas seções.

Agora que introduzimos as bases da nanotecnologia e pudemos entender a natureza como um grande acervo de produtos tecnológicos, exploraremos as aplicações práticas emergentes da nanotecnologia na saúde.

 

Nanotecnologia no diagnóstico

O diagnóstico de doenças infecciosas, principalmente virais, sofre com a baixa precisão de avaliações clínicas. É possível avaliar os sinais e sintomas e determinar a composição em amostras biológicas do paciente (saliva, urina, sangue, etc.) e chegar a conclusões clínicas bem definidas, claro. Entretanto, quando este paciente apresenta um quadro clínico semelhante a inúmeras infecções virais possíveis, como dengue, chikungunya e zika, que podem causar febre, dores musculares e nas articulações, fica um pouco difícil fechar o diagnóstico. Por isso, é necessário realizar testes moleculares, que irão determinar especificamente a presença do material genético de um vírus ou de antígenos associados àquele patógeno. 

Durante a pandemia, muito provavelmente todos os leitores tiveram contato com testes de RT-PCR e de antígenos. À parte dos testes genéticos, que amplificam um segmento do material genético específico do vírus, os testes de antígenos — também conhecidos como testes rápidos — com certeza são os mais interessantes, sob uma perspectiva epidemiológica e nanotecnológica. Ao serem mais rápidos e simples de realizar, é possível diagnosticar um enorme número de pacientes e controlar um surto de forma mais eficiente, quando comparado aos testes genéticos, que exigem materiais mais caros e limitados a um laboratório e podem demorar alguns dias.

Esses testes de antígenos são baseados em cromatografia e na especificidade e sensibilidade de anticorpos, proteínas em formato de “Y” que reconhecem especificamente pedaços de agentes estranhos, chamados antígenos. Anticorpos sintéticos são produzidos em laboratório e aplicados em uma membrana, e interagem com os antígenos presentes na amostra e geram um resultado visível, geralmente com uma cor vermelha ou preta. Como uma reação molecular invisível pode se tornar visível? Esses anticorpos estão também ligados a moléculas que absorvem luz (e refletem uma cor), seguindo quase o mesmo princípio dos ensaios imunológicos de ELISA e de Western Blotting, por exemplo. Como em um papel absorvendo água, a amostra misturada com os anticorpos se move por capilaridade em um sentido. Esses anticorpos e os antígenos são, então, retardados no caminho em duas linhas visíveis contendo anticorpos imobilizados na superfície da membrana. Em uma linha, estão os anticorpos também contra o antígeno (linha de teste) e na segunda linha, estão outros anticorpos contra aqueles anticorpos móveis do início, que reagiram com o antígeno da amostra. Esta segunda linha é a linha do controle e acende de forma independente da presença do antígeno.

Esses testes rápidos são relativamente simples e baratos, porém são descartáveis e utilizados para detectar somente um agente infeccioso. É aqui que entram os biosensores, dispositivos que também se baseiam na interação entre biomoléculas, como anticorpos e antígenos, chamados de bioreceptor e analito, respectivamente. Todavia, esses anticorpos são imobilizados em uma superfície de celulose, plástico ou até nanomateriais como o grafeno, e a interação química com o antígeno é transformada em um sinal elétrico, óptico, térmico ou microgravimétrico, detectável em um dispositivo eletrônico, como um computador ou até mesmo em um celular (Kabay et al. 2022). Os biossensores são uma ferramenta extremamente útil para o controle amplo de doenças infecciosas, por serem rápidos, reutilizáveis e precisos. Com o desenvolvimento nos próximos anos, será com certeza possível utilizar dispositivos com biossensores em celulares ou até com smartwatches.

 

Nanotecnologia na terapia

Garantir a segurança e eficácia da entrega do fármaco ao alvo é um dos maiores desafios no desenvolvimento de medicamentos, que vai além da mera execução da sua função.

Em farmacologia, chamamos de farmacodinâmica o processo em que um fármaco, ou uma molécula, interage com seu alvo terapêutico — digamos, uma enzima ou uma proteína — e executa sua função, como inativar uma enzima. Hoje, é possível desenhar de forma racional e in silico moléculas que podem inativar enzimas-chave para o ciclo infeccioso de um vírus ou de uma bactéria (Zhou et al., 2017). E, não lidamos com uma ou duas moléculas, mas uma miríade de candidatos a fármacos. Embora muitos desses candidatos sejam sintetizáveis e funcionais, nem todos são seguros e funcionam bem no organismo humano — isto é, não apresentam boa farmacocinética. A farmacocinética é o processo em que um fármaco é administrado, absorvido, distribuído pelo organismo, metabolizado e eliminado do corpo, e apresente toxicidade. 

Quando consideramos doenças infecciosas e câncer, é importante que o fármaco seja preciso e chegue no local onde um microrganismo ou um tumor está se desenvolvendo, sem que boa parte seja metabolizada e eliminada no processo e que o tecido saudável adjacente seja afetado pela toxicidade, que é muitas vezes o fator limitante de uma intervenção farmacológica.

É bem possível trabalharmos no desenvolvimento de novos fármacos que apresentem melhor farmacodinâmica e farmacocinética que os presentes no mercado, mas em muitos casos, isso é pouco atraente no sentido econômico, pois é caro e demorado, e ainda pode sofrer com o risco de se tornar obsoleto por mecanismos de resistência microbiana ou tumoral. 

Mas, e se pudermos melhorar a precisão e toxicidade de fármacos já aprovados e bem estabelecidos sem mudar sua fórmula química? Com a nanotecnologia, podemos conjugar um fármaco com nanopartículas funcionais que entregam o fármaco com maior precisão ao seu alvo. 

Em uma revisão recente, Yeh et al. (2020) exploram a capacidade antimicrobiana de antibióticos clássicos incorporados em nanocarreadores baseados em diversos materiais metálicos e poliméricos, capazes de interagir com a superfície bacteriana (parede e/ou membrana celular). Alguns mecanismos de citotoxicidade bacteriana propostos para essas nanopartículas se baseiam na capacidade de nanopartículas metálicas promoverem a permeabilidade de íons nas células e de nanopartículas poliméricas agregarem outras bactérias antes de liberarem o fármaco.  Além das funções antimicrobianas, essas nanoformulações otimizam a penetração dos fármacos e reduzem sua toxicidade e metabolização. Dessa forma, é possível reduzir a dosagem aplicada e aumentar sua meia-vida, o que pode fazer muita diferença no tratamento.

 

Maus A, Strait L, Zhu D. Nanoparticles as delivery vehicles for antiviral therapeutic drugs. Engineered Regeneration. 2021;2:31–46. doi: 10.1016/j.engreg.2021.03.001. Epub 2021 Mar 24. PMCID: PMC7988306.

Yasamineh, S., Kalajahi, H.G., Yasamineh, P. et al. An overview on nanoparticle-based strategies to fight viral infections with a focus on COVID-19. J Nanobiotechnol 20, 440 (2022). https://doi.org/10.1186/s12951-022-01625-0

 

Nan

A nanotecnologia 

 

Vírus e bactérias são microrganismos capazes de infectar células, tecidos e órgãos diversos no nosso corpo. Felizmente, existem muitos medicamentos eficazes para  

Nanotecnologia na prevenção 

 

Referências

• BAYDA, Samer; ADEEL, Muhammad; TUCCINARDI, Tiziano; et al. The history of nanoscience and nanotechnology: From chemical–physical applications to nanomedicine. Molecules, v. 25, n. 1, p. 112, 2019.
• DU, Lanying; YANG, Yang; ZHANG, Xiujuan; et al. Recent advances in nanotechnology-based COVID-19 vaccines and therapeutic antibodies. Nanoscale, v. 14, n. 4, p. 1054–1074, 2022.
• Griffin et al. Natural Nanoparticles: A Particular Matter Inspired by Nature. Antioxidants 2018, 7, 3; doi:10.3390/antiox7010003
• Save it in DNA. Wyss Institute. Disponível em: <https://wyss.harvard.edu/news/save-it-in-dna/>. Acesso em: 3 Apr. 2023.
• FENG, Chan; LI, Yongjiang; FERDOWS, Bijan Emiliano; et al. Emerging vaccine nanotechnology: From defense against infection to sniping cancer. Acta Pharmaceutica Sinica B, v. 12, n. 5, p. 2206–2223, 2022.
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• PRATES-SYED, Wasim A.; CHAVES, Lorena C. S.; CREMA, Karin P.; et al. VLP-Based COVID-19 Vaccines: An Adaptable Technology against the Threat of New Variants. Vaccines, v. 9, n. 12, p. 1409, 2021.
• Prabhakar, J. T. Five ways that natural nanotechnology could inspire human design. 2018. Disponível em: <https://theconversation.com/five-ways-that-natural-nanotechnology-could-inspire-human-design-100064>.
• [Micro and Nano Technologies] Mariusz Skwarczynski, Istvan Toth – Micro and Nanotechnology in Vaccine Development (2017, Elsevier) – libgen.lc.pdf
• Kramer et al. How long do nosocomial pathogens persist on inanimate surfaces? A systematic review. BMC Infect Dis. 2006; 6: 130. Published online 2006 Aug 16. doi: 10.1186/1471-2334-6-130
• How the SARS-CoV-2 EUA Antigen Tests Work: https://asm.org/Articles/2020/August/How-the-SARS-CoV-2-EUA-Antigen-Tests-Work 
• How Does the SARS-CoV-2 Rapid Antigen Test Kit Work? – Vitrosens Biotechnology: https://vitrosens.com/how-does-the-sars-cov-2-rapid-antigen-test-kit-work/ 
• S Pavia C, M Plummer M. The evolution of rapid antigen detection systems and their application for COVID-19 and other serious respiratory infectious diseases. J Microbiol Immunol Infect. 2021 Oct;54(5):776-786. doi: 10.1016/j.jmii.2021.06.003. Epub 2021 Jun 26. PMID: 34272205; PMCID: PMC8234251.
• Kabay, G., DeCastro, J., Altay, A., Smith, K., Lu, H., Capossela, A. M., Moarefian, M., Aran, K.; Dincer, C. (2022). Emerging biosensing technologies for the diagnostics of viral infectious diseases. Advanced Materials, 34(30), 2201085. https://doi.org/10.1002/adma.202201085
• Zhou SF, Zhong WZ. Drug Design and Discovery: Principles and Applications. Molecules. 2017 Feb 13;22(2):279. doi: 10.3390/molecules22020279. PMID: 28208821; PMCID: PMC6155886.
• Yeh Y-C, Huang T-H, Yang S-C, Chen C-C and Fang J-Y (2020). Nano-Based Drug Delivery or Targeting to Eradicate Bacteria for Infection Mitigation: A Review of Recent Advances. Front. Chem. 8:286. doi: 10.3389/fchem.2020.00286

 

• Waterborne diseases that cause almost 10–20 million deaths annually are considered crucial health-related issues. According to the World Health Organization and environmental protection agencies, the pollution level of several water bodies has long crossed the defined limitations. Thus, developing methods for purging water from adverse components is of great concern (Sahu et al. 2021). The water purification process profits extremely from nanobiotechnology. Nanoparticles are extremely efficient in eliminating pollutants (e.g., dye components) due to their nano-scaled size and increased surface areas. In the case of dye removal, magnetic nanoparticles have been proved to be proper candidates (Lohrasebi and Koslowski 2019). Nanoadsorbents such as silica gel, activated alumina, clays, limestone, chitosan, activated carbon, and zeolite are cost-effective and profitable options for eliminating the contaminating agents during water purification process (Ali et 
• advanced coatings based on nanotechnology to prevent Oxygen from spoiling the product (Rovera et al. 2020). Multiple nanoparticles have the potential to deliver nutritional or antimicrobial components into food materials (Bhuyan et al. 2019). It has been reported that nanotechnology is a good option to deliver pesticides and nutrients successfully into the soil and improve the strength and tolerance of products in different stressful situations and reduce the probable contaminations 
• Nano foods can perform as therapeutic options. It is interesting to mention a recent study that has proposed exploiting nanoemulsions to convey needed nutrients to gastrectomy patients. These types of patients usually suffer from conditions like anorexia, energy deficit, and malnutrition, which can be treated by efficient nutrition delivery provided by nano food
• Since nanoparticles are small in size, they exhibit perfect penetrability through the skin. Hence, using nanoparticles in cosmetic productions improves the supplementation of skin, hair, or teeth with active cosmetic ingredients (APIs).Producing nanoparticles using plants (Phyto-metal nano-based particles) is another advantageous method to decrease the toxicity of nanomaterials and their hazardous effects on the body. For this reason, this material is suitable for dermal uses and cosmetic applications (Paiva-Santos et al. 2021). Chitosan nanoparticles with better penetrability (Ta et al. 2021; Sakulwech et al. 2018), Gold and silver nanoparticles with a higher ability to reduce microbial contaminants (Séby 2021), Titanium dioxide (TiO2) nanoparticles deposited with yttrium oxide (Y2O3) with better attenuation of ultraviolet radiation and less cytotoxicity (Borrás et al. 2020), nanoparticles with high uptake of oily components (de Azevedo Stavale et al. 2019) are other examples of the efficient application of nanotechnology in the field of cosmetic products.
• Nanobodies are single-domain antibodies derived from camelid heavy-chain-only antibodies.59,60 They are connected to nanotechnology due to their nano-scale size (about 4 nm by 2.5 nm). With a molecular weight of ∼12–14 kDa, nanobodies are among the smallest naturally occurring antibodies. Because of their small size, they can bind to hidden areas of antigens that are normally unreachable to conventional antibodies.

 

• Nanotechnology produces materials in the nanoscale range with size- and structure-dependent properties and phenomena, with biomedical applications including smart drug delivery-based cancer therapies.
• Nanomaterials used in smart drug delivery are categorized as organic or inorganic, and hybrid nanoparticles containing both organic and inorganic materials are highly efficient.
• Nanobiotechnology can increase the efficiency of delivering chemical drugs or gene modifying agents to target cells and reduce side effects.
• Antimicrobial peptides (AMPs) are short-chain peptides with low likelihood of resistance developing in target organisms and can be used as alternatives to conventional antibiotics.
• Nanotechnology combined with wound dressing techniques has led to the development of new materials and techniques for wound healing, with nanoparticles suitable for penetrating into the wound and releasing bioactive agents and drugs locally.
• Nano catalytic ozonation processes such as O3/nZVI are effective in wastewater purification, and nanoadsorbents such as silica gel, activated alumina, clays, and zeolite are cost-effective options for eliminating contaminating agents during water purification.
• Nanotechnology has the potential to deliver nutritional or antimicrobial components into food materials and improve the strength and tolerance of products in different stressful situations, as well as to produce nano foods as therapeutic options for patients with nutritional deficiencies.
• Nanoparticles are suitable for use in cosmetic productions to improve the supplementation of skin, hair, or teeth with active cosmetic ingredients, with various types of nanoparticles available for different applications.
• Nanobodies are single-domain antibodies with nano-scale size that can bind to hidden areas of antigens and have potential applications in diagnostics and therapeutics.

 

Vacinas

• Encrusting mRNAs with a lipid-polyethylene glycol (lipid-PEG) shell increases the mRNA delivery rate up to 95% more than the conventional nanoparticlefree mRNA vaccines
• naked mRNAs are unstable and can be easily degraded under various physical, chemical, and enzymatic conditions.
• Emerging studies have suggested that nanocarriers, which are created from Polymer polyethyleneimine (PEI), are more efficient in delivering CRISPR/Cas9 systems to targeted cells compared to the viral carriers
•  Despite having clinical utilization, DNA vaccines face limitations in delivering their genetic cargos to the target cells. Designing efficient nano-delivery systems will eliminate such deficiencies PEI (Lim et al. 2020). Virus-like nanoparticles (Jeevanandam et al. 2019) seem to form applicable nanocarriers for this purpose (Fig. 
• several nanotechnology-based tools, including protein nanoparticles (PNPs), lipid nanoparticles (LNPs), and nanobodies (Nbs), have been used to combat COVID-19
• Unlike DNA vaccines, mRNA vaccines do not need to cross nuclear membranes or integrate into cellular genomes, making them easier to be delivered.56 After LNP-mediated mRNAs are delivered into cells, they are internalized via endocytosis, released into the cytoplasm, and then translated to target proteins. Different from non-replicating mRNAs, the self-amplifying mRNAs can produce multiple copies of subgenomic mRNAs that express a higher level of target proteins.
• Nanoparticle-forming proteins are unusual in that they can spontaneously assemble into large multimers at nanometer sizes (such as 24-meric ferritin and 60-meric lumazine synthase).
• nanoparticle-based vaccines enhance antigen uptake by antigenpresenting cells (APCs) and stimulate the immune system to produce strong humoral (antibody) and cellular immune responses specific to the target antigens, conferring protection against SARS-CoV-2 infection.
• Moreover, unlike recombinant protein subunit vaccines, which generally have low immunogenicity, nanoparticles have immunostimulatory functions that induce antigen-specific immune responses even in the absence of an adjuvant.4
• As for vaccination, delivering an antigen to the right place in the immune system is also of great importance. Unlike other types of drug delivery to precise cell types, the antigen vaccine delivery process involves spatiotemporal interactions of several cell types, including antigen-presenting cells (APCs), B cells, various T cells, macrophages, and neutrophils
• Researchers widely hypothesized that prolonged persistence of antigen or minimized unnecessary degradation of antigen would enhance immune response. Therefore, nanomedicine researchers were devoted to increasing the persistence of antigens at the injection sites, in lymphoid tissues, and even in APCs by conjugating or encapsulating antigens in nanomaterials
• Researchers demonstrated that nanoparticles smaller than 100 nm tend to drain to the LNs and that different nanomaterials may have different optimal sizes for LN delivery18,19. Given the increasing interest in the mucosal immune response, delivery methods that effectively cross the mucosal barrier are also considered highly in vaccine design. Owing to the negatively charged porous mucin glycopolymer structure, mucosal delivery efficacy depends largely on the size and surface charge of nanoparticles20,21. Thus, nanoparticles smaller than the cut-offs of mucosal and cationic nanoparticles (below about 200 nm) can achieve promising mucosal delivery
• Novavax
• Vacinas de mRNA
• Vacinas de VLPs e nanopartículas 
• Adjuvantes
• Drug delivery 

 

Highlights

• Encrusting mRNAs with a lipid-PEG shell improves mRNA delivery by up to 95% compared to conventional nanoparticle-free mRNA vaccines
• Naked mRNAs are unstable and can be easily degraded under various conditions
• Polymer polyethyleneimine (PEI) nanocarriers are more efficient than viral carriers in delivering CRISPR/Cas9 systems to targeted cells
• Designing efficient nano-delivery systems will eliminate the deficiencies of DNA vaccines in delivering their genetic cargos to target cells
• Protein nanoparticles (PNPs), lipid nanoparticles (LNPs), and nanobodies (Nbs) have been used as nanotechnology-based tools to combat COVID-19
• mRNA vaccines do not need to cross nuclear membranes or integrate into cellular genomes, making them easier to deliver compared to DNA vaccines
• Self-amplifying mRNAs can produce multiple copies of subgenomic mRNAs that express a higher level of target proteins
• Nanoparticle-forming proteins can spontaneously assemble into large multimers at nanometer sizes
• Nanoparticle-based vaccines enhance antigen uptake by antigen-presenting cells (APCs) and stimulate the immune system to produce strong humoral (antibody) and cellular immune responses specific to the target antigens
• Nanoparticles have immunostimulatory functions that induce antigen-specific immune responses even in the absence of an adjuvant
• Antigen vaccine delivery process involves spatiotemporal interactions of several cell types, including antigen-presenting cells (APCs), B cells, various T cells, macrophages, and neutrophils
• Nanoparticles increase the persistence of antigens at injection sites, lymphoid tissues, and in APCs by conjugating or encapsulating antigens
• Nanoparticles smaller than 100 nm tend to drain to the lymph nodes, and different nanomaterials may have different optimal sizes for lymph node delivery
• Nanoparticles smaller than the cut-offs of mucosal and cationic nanoparticles (below about 200 nm) can achieve promising mucosal delivery, given the negatively charged porous mucin glycopolymer structure

 

Nanotecnologia no cancer

• Loading anti-cancer drugs into nanomaterials provides a nano-based drug delivery system that detracts the side effects. Platinum (Pt) compounds are one of the most common anti-cancer drugs since 1978. Pt drugs directly aim at the DNA of the targeted cells, thus covering up the defects of the malformed DNA repair mechanisms in cancerous cells. Encapsulating Pt drugs into liposomes constructs a nano-based drug delivery system for treating cancers 
• AuNPs consist of conduction electrons on their surfaces which get excited by certain wavelengths of light. This feature enables AuNPs to adsorb light and produce heat that is fatal to cells. Destroying the cancerous cells with the heat released under irradiation is called photothermal therapy (PTT) or photodynamic therapy (PDT) 
• Although drug-loaded nanoparticles efficiently carry the medicines to target cites, according to the in-vivo studies, these nanoparticles might not be quite biodegradable. Hence using such nanoparticles could lead to toxicities and side effects.
• Only 1–4 percent of most CNS medicines succeed in passing the blood–brain barrier. Nanoparticles are more likely to pass the barrier because of their nano-scaled size. Encapsulating drugs in nanoparticles can significantly increase the drug transmission rate through the blood–brain barrier
• AlNadhari et al. have introduced algae as a green and eco-friendly source of materials that can be used in nanoparticles. Algae-based nanoparticles in the biomedical field consist of therapeutical characteristics, such as antibacterial, anti-fungal, and anti-cancer features (AlNadhari et al. 2021). Milk-derived proteins such as β-lactoglobulin (β-LG), lactoferrin (LF), and the caseins (CN) are other biological alternatives for synthesizing nanocarriers. Anti-cancer medicines have been embedded into protein-based nanocarriers and successfully deteriorated cancerous tumor

 

Highlights:

• Loading anti-cancer drugs into nanomaterials can reduce side effects and provide a more targeted drug delivery system.
• Platinum (Pt) compounds are commonly used anti-cancer drugs that target the DNA of cancerous cells.
• Encapsulating Pt drugs into liposomes creates a nano-based drug delivery system for cancer treatment.
• AuNPs can absorb light and produce heat, which can be used for photothermal therapy (PTT) or photodynamic therapy (PDT) to destroy cancerous cells.
• While drug-loaded nanoparticles efficiently carry medicines to target sites, they may not be very biodegradable and could lead to toxicities and side effects.
• Nanoparticles have a better chance of passing the blood-brain barrier due to their small size, which makes them useful for drug delivery to the central nervous system.
• Algae and milk-derived proteins like β-lactoglobulin, lactoferrin, and caseins can be used as biological alternatives for synthesizing nanocarriers with anti-cancer features.
• Anti-cancer drugs can be embedded into protein-based nanocarriers for successful tumor deterioration.