Углеродные нанотрубки в биологии и медицине: обнаружение, визуализация и доставка лекарственных препаратов in vitro и in vivo

Углеродные нанотрубки обладают множеством уникальных собственных физических и химических свойств и в последние годы интенсивно исследуются для биологических и биомедицинских применений. В этом всестороннем обзоре обобщены основные результаты, полученные нашей и другими научными группами в данной области, и показано, что функционализация поверхности имеет решающее значение для поведения углеродных нанотрубок в биологических системах. Ультрачувствительное обнаружение биологических объектов с помощью углеродных нанотрубок может быть реализовано после пассивации поверхности, препятствующей неспецифическому связыванию биомолекул с гидрофобной поверхностью нанотрубок. Электрические наносенсоры на основе нанотрубок обеспечивают безметочный подход к биологическому обнаружению. Поверхностно-усиленная рамановская спектроскопия углеродных нанотрубок открывает возможности для создания белковых микроматричных систем с чувствительностью обнаружения до 1 фмоль/л. Исследования токсичности in vitro и in vivo показывают, что нанотрубки с высокой водорастворимостью и стабильностью в сыворотке являются биосовместимыми, нетоксичными и потенциально пригодными для биомедицинских применений. Биораспределение in vivo зависит от функционализации нанотрубок и, возможно, также от их размера; после внутривенного введения наблюдается тенденция к накоплению в ретикулоэндотелиальной системе (РЭС), включая печень и селезёнку. При надлежащей функционализации нанотрубки могут выводиться преимущественно с калом через билиарный путь. Доставка лекарственных препаратов на основе углеродных нанотрубок продемонстрировала перспективность в различных экспериментах in vitro и in vivo, включая доставку малых интерферирующих РНК (siRNA), паклитаксела и доксорубицина. Кроме того, одностенные углеродные нанотрубки с разнообразными интересными собственными оптическими свойствами использовались в качестве новых фотолюминесцентных, рамановских и фотоакустических контрастных агентов для визуализации клеток и животных. Дальнейшие междисциплинарные исследования в этой области могут открыть новые возможности в биомедицине.