Nanopartikeltillförsel av läkemedel
Nanopartikeltillförselsystem för läkemedel är konstruerade teknologier som använder nanopartiklar för riktad leverans och kontrollerad frisättning av terapeutiska medel. Den moderna formen av ett läkemedelstillförselsystem bör minimera biverkningar och minska både dosering och doseringsfrekvens. Nyligen har nanopartiklar väckt uppmärksamhet på grund av deras potentiella tillämpning för effektiv läkemedelsleverans.
Nanomaterial uppvisar olika kemiska och fysikaliska egenskaper eller biologiska effekter jämfört med motsvarigheter i större skala som kan vara fördelaktiga för system för läkemedelstillförsel. Några viktiga fördelar med nanopartiklar är deras höga ytarea-till-volymförhållande, kemiska och geometriska avstämningsförmåga och deras förmåga att interagera med biomolekyler för att underlätta upptag över cellmembranet . Den stora ytan har också en stor affinitet för läkemedel och små molekyler, som ligander eller antikroppar, för målinriktning och kontrollerad frisättning.
Nanopartiklar avser en stor familj av material både organiska och oorganiska. Varje material har unika avstämbara egenskaper och kan därför utformas selektivt för specifika tillämpningar. Trots de många fördelarna med nanopartiklar finns det också många utmaningar, inklusive men inte exklusivt för: nanotoxicitet , biodistribution och ackumulering, och eliminering av nanopartiklar av människokroppen.
National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering har utfärdat följande utsikter för framtida forskning i nanopartikelsystem för läkemedelsleverans:
- passera blod-hjärnbarriären (BBB) vid hjärnsjukdomar och störningar;
- förbättra riktad intracellulär leverans för att säkerställa att behandlingarna når de korrekta strukturerna inuti cellerna;
- kombinera diagnos och behandling.
Utvecklingen av nya läkemedelssystem är tidskrävande; det tar ungefär sju år att slutföra grundläggande forskning och utveckling innan man går vidare till prekliniska djurstudier.
Karakterisering
Tillförsel av nanopartiklar fokuserar på att maximera läkemedelseffektiviteten och minimera cytotoxicitet. Att finjustera nanopartikelegenskaper för effektiv läkemedelsleverans innebär att man tar itu med följande faktorer. Förhållandet mellan ytarea och volym av nanopartiklar kan ändras för att möjliggöra mer ligandbindning till ytan. Ökad ligandbindningseffektivitet kan minska doseringen och minimera nanopartikeltoxicitet. Minimering av dosering eller doseringsfrekvens sänker också massan av nanopartiklar per massa läkemedel, vilket uppnår större effektivitet.
Ytfunktionalisering av nanopartiklar är en annan viktig designaspekt och åstadkoms ofta genom biokonjugering eller passiv adsorption av molekyler på nanopartikelytan. Genom att funktionalisera nanopartikelytor med ligander som förbättrar läkemedelsbindning, undertrycker immunsvar eller ger målinriktning/kontrollerad frisättningsförmåga, uppnås både en större effektivitet och lägre toxicitet. Effekten ökar när mer läkemedel levereras till målstället, och toxiska biverkningar minskas genom att minimera den totala halten av läkemedel i kroppen. Sammansättningen av nanopartikeln kan väljas efter målmiljön eller önskad effekt. Till exempel, liposombaserade nanopartiklar kan brytas ned biologiskt efter leverans, vilket minimerar risken för ackumulering och toxicitet efter att den terapeutiska lasten har släppts.
Metallnanopartiklar, såsom guldnanopartiklar, har optiska egenskaper (även beskrivna i nanomaterial ) som möjliggör mindre invasiva avbildningstekniker. Dessutom kan det fototermiska svaret av nanopartiklar på optisk stimulering direkt användas för tumörterapi.
Plattformar
Nuvarande läkemedelsleveranssystem för nanopartiklar kan katalogiseras baserat på deras plattformssammansättning i flera grupper: polymera nanopartiklar, oorganiska nanopartiklar, virala nanopartiklar, lipidbaserade nanopartiklar och nanopartikelalbuminbunden (nab) teknologi. Varje familj har sina unika egenskaper.
Polymera nanopartiklar
Polymera nanopartiklar är syntetiska polymerer med en storlek som sträcker sig från 10 till 100 nm. Vanliga syntetiska polymera nanopartiklar inkluderar polyakrylamid, polyakrylat och kitosan. Läkemedelsmolekyler kan inkorporeras antingen under eller efter polymerisation. Beroende på polymerisationskemin kan läkemedlet bindas kovalent, inkapslas i en hydrofob kärna eller konjugeras elektrostatiskt. Vanliga syntetiska strategier för polymera nanopartiklar inkluderar mikrofluidiska metoder, elektrodroppning, högtryckshomogenisering och emulsionsbaserad gränssnittspolymerisation. Polymer biologisk nedbrytbarhet är en viktig aspekt att tänka på när man väljer lämplig nanopartikelkemi. Nanobärare som består av biologiskt nedbrytbara polymerer genomgår hydrolys i kroppen och producerar biokompatibla små molekyler som mjölksyra och glykolsyra. Polymera nanopartiklar kan skapas via självmontering eller andra metoder som partikelreplikering i icke-vätande mallar (PRINT) som tillåter anpassning av sammansättning, storlek och form på nanopartikeln med hjälp av små formar.
Dendrimerer
Dendrimerer är unika hyper-förgrenade syntetiska polymerer med monodispergerad storlek, väldefinierad struktur och en mycket funktionaliserad terminal yta. De är vanligtvis sammansatta av syntetiska eller naturliga aminosyror, nukleinsyror och kolhydrater. Terapeutik kan laddas med relativ lätthet på det inre av dendrimererna eller den terminala ytan av grenarna via elektrostatisk interaktion, hydrofoba interaktioner, vätebindningar, kemiska bindningar eller kovalent konjugering. Läkemedel-dendrimer-konjugering kan förlänga halveringstiden för läkemedel. För närvarande är dendrimeranvändning i biologiska system begränsad på grund av dendrimertoxicitet och begränsningar i deras syntesmetoder. Dendrimerer är också begränsade inom ett smalt storleksområde (<15 nm) och nuvarande syntesmetoder är föremål för lågt utbyte. Ytgrupperna kommer att nå de Gennes täta packningsgräns vid hög generationsnivå, vilket tätar insidan från bulklösningen – detta kan vara användbart för inkapsling av hydrofoba, svårlösliga läkemedelsmolekyler. Tätningen kan avstämmas genom intramolekylära interaktioner mellan intilliggande ytgrupper, som kan varieras med lösningens tillstånd, såsom pH, polaritet och temperatur, en egenskap som kan användas för att skräddarsy inkapslings- och kontrollerade frisättningsegenskaper.
Oorganiska nanopartiklar och nanokristaller
Oorganiska nanopartiklar har dykt upp som mycket värdefulla funktionella byggstenar för läkemedelstillförselsystem på grund av deras väldefinierade och mycket avstämbara egenskaper såsom storlek, form och ytfunktionalisering. Oorganiska nanopartiklar har till stor del använts för biologiska och medicinska tillämpningar, allt från avbildning och diagnoser till läkemedelsleverans. Oorganiska nanopartiklar är vanligtvis sammansatta av inerta metaller som guld och titan som bildar nanosfärer, men järnoxidnanopartiklar har också blivit ett alternativ.
Quantum dots (QDs), eller oorganiska halvledarnanokristaller, har också dykt upp som värdefulla verktyg inom bionanoteknik på grund av deras unika storleksberoende optiska egenskaper och mångsidiga ytkemi. Deras diametrar (2-10 nm) är i storleksordningen av exciton Bohr-radien, vilket resulterar i kvantinneslutningseffekter analoga med " partikel-i-en-låda "-modellen. Som ett resultat varierar kvantprickarnas optiska och elektroniska egenskaper med deras storlek: nanokristaller av större storlekar kommer att avge ljus med lägre energi vid fluorescensexcitation.
Ytkonstruktion av QDs är avgörande för att skapa nanopartikel-biomolekylhybrider som kan delta i biologiska processer. Manipulering av nanokristallkärnans sammansättning, storlek och struktur förändrar QD fotofysiska egenskaper Design av beläggningsmaterial som kapslar in QD-kärnan i ett organiskt skal gör nanokristaller biokompatibla, och QD:er kan dekoreras ytterligare med biomolekyler för att möjliggöra mer specifik interaktion med biologiska mål. Utformningen av en oorganisk nanokristallkärna i kombination med biologiskt kompatibla organiska skal- och ytligander kan kombinera användbara egenskaper hos båda materialen, dvs. optiska egenskaper hos QD:erna och biologiska funktioner hos bifogade ligander.
Giftighet
Medan tillämpningen av oorganiska nanopartiklar inom bionanoteknik visar uppmuntrande framsteg ur ett materialvetenskapligt perspektiv, begränsas användningen av sådana material in vivo av frågor relaterade till toxicitet, biodistribution och bioackumulering. Eftersom metalliska oorganiska nanopartikelsystem bryts ned till sina ingående metallatomer, kan utmaningar uppstå från interaktionerna mellan dessa material och biosystem, och en avsevärd mängd av partiklarna kan finnas kvar i kroppen efter behandling, vilket leder till uppbyggnad av metallpartiklar som potentiellt kan resultera i toxicitet.
Nyligen har dock vissa studier visat att vissa miljötoxicitetseffekter för nanopartiklar inte är uppenbara förrän nanopartiklar genomgår omvandlingar för att frigöra fria metalljoner. Under aeroba och anaeroba förhållanden fann man att nanopartiklar av koppar, silver och titan frigjorde låga eller obetydliga halter av metalljoner. Detta är ett bevis på att koppar, silver och titan NP är långsamma att frigöra metalljoner och kan därför förekomma i låga nivåer i miljön. Dessutom skyddar nanoskalbeläggningar avsevärt mot nedbrytning i den cellulära miljön och minskar även QDs toxicitet genom att minska metalljonläckage från kärnan.
Organiska nanokristaller
Organiska nanokristaller består av rena läkemedel och ytaktiva ämnen som krävs för stabilisering. De definieras som bärarfria submikrona kolloidala läkemedelstillförselsystem med en medelpartikelstorlek inom nanometerområdet. Den primära betydelsen av formuleringen av läkemedel till nanokristaller är ökningen av partikelytan i kontakt med upplösningsmediet, vilket ökar biotillgängligheten. Ett antal läkemedel som formulerats på detta sätt finns på marknaden.
Löslighet
En av de problem som läkemedelstillförseln möter är läkemedlets löslighet i kroppen; cirka 40 % av nyupptäckta kemikalier som hittats vid upptäckt av läkemedel är dåligt lösliga i vatten. Denna låga löslighet påverkar läkemedlets biotillgänglighet, vilket betyder den hastighet med vilken läkemedlet når cirkulationssystemet och därmed målstället. Låg biotillgänglighet ses oftast vid oral administrering, vilket är det föredragna valet för läkemedelsadministration på grund av dess bekvämlighet, låga kostnader och goda patientpraxis. En åtgärd för att förbättra dålig biotillgänglighet är att injicera läkemedlen i en lösningsmedelsblandning med ett solubiliseringsmedel. Resultaten visar emellertid att denna lösning är ineffektiv, med solubiliseringsmedlet som visar biverkningar och/eller toxicitet. Nanokristaller som används för läkemedelstillförsel kan öka mättnadslösligheten och dispersionshastigheten. Generellt anses mättnadslöslighet vara en funktion av temperatur, men den är också baserad på andra faktorer, såsom kristallin struktur och partikelstorlek, när det gäller nanokristaller. Ostwald-Freundlich-ekvationen nedan visar detta förhållande:
Där C s är nanokristallens mättnadslöslighet, C 𝛼 är läkemedlets löslighet i en icke-nanoskala, σ är ämnets gränsytspänning, V är partikelns molära volym, R är gaskonstanten, T är den absoluta temperaturen, 𝜌 är densiteten för det fasta ämnet och r är radien. Fördelen med nanokristaller är att de kan förbättra oral adsorption, biotillgänglighet, verkansstart och minskar intersubjektvariabilitet. Följaktligen produceras nu nanokristaller och finns på marknaden för en mängd olika ändamål, allt från antidepressiva medel till aptitstimulerande medel. Nanokristaller kan framställas på två olika sätt: top-down-metoden eller bottom-up-metoden. Bottom-up-tekniker är också känd som nanofällning. Denna teknik involverar upplösning av ett läkemedel i ett lämpligt lösningsmedel och sedan utfällning av det med ett icke-lösningsmedel. Å andra sidan använder top-down-teknologier kraft för att minska storleken på en partikel till nanometer, vanligtvis genom att mala ett läkemedel. Top-down-metoder är att föredra när man arbetar med dåligt lösliga läkemedel.
Stabilitet
En nackdel med att använda nanokristaller för läkemedelstillförsel är nanokristallstabilitet. Instabilitetsproblem hos nanokristallina strukturer härrör från termodynamiska processer såsom partikelaggregation, amorfisering och bulkkristallisering. Partiklar i nanoskopisk skala har ett relativt överskott av Gibbs fria energi, på grund av deras högre förhållande mellan ytarea och volym. För att minska denna överskottsenergi är det i allmänhet gynnsamt att aggregering sker. Således är individuella nanokristaller relativt instabila av sig själva och kommer i allmänhet att aggregeras. Detta är särskilt problematiskt vid top-down produktion av nanokristaller. Metoder såsom högtryckshomogenisering och kulfräsning tenderar att öka instabiliteten genom att öka ytareorna; för att kompensera, eller som ett svar på högt tryck, kan enskilda partiklar aggregera eller bli amorfa i strukturen. Sådana metoder kan också leda till återutfällning av läkemedlet genom att överträffa lösligheten bortom mättnadspunkten (mognad i Ostwald). En metod för att övervinna aggregering och bibehålla eller öka nanokristallstabilitet är att använda stabilisatormolekyler. Dessa molekyler, som interagerar med ytan av nanokristallerna och förhindrar aggregering via jonisk repulsion eller steriska barriärer mellan de individuella nanokristallerna, inkluderar ytaktiva ämnen och är i allmänhet användbara för att stabilisera suspensioner av nanokristaller. Koncentrationer av ytaktiva ämnen som är för höga kan dock hämma nanokristallstabilitet och förbättra kristalltillväxt eller aggregation. Det har visat sig att vissa ytaktiva ämnen, när de når en kritisk koncentration, börjar självbilda sig till miceller, som sedan konkurrerar med nanokristallytor om andra ytaktiva molekyler. Med färre ytmolekyler som interagerar med nanokristallytan, rapporteras kristalltillväxt och aggregering ske i ökade mängder. Användning av ytaktivt medel vid optimala koncentrationer möjliggör enligt rapporter högre stabilitet, större läkemedelskapacitet som bärare och fördröjd läkemedelsfrisättning. I en studie med PEG som stabilisator fann man att nanokristaller behandlade med PEG ökade ackumuleringen vid tumörställen och hade större blodcirkulation än de som inte behandlades med PEG. Amorfisering kan förekomma i top-down produktionsmetoder. Med olika intramolekylära arrangemang leder amorfisering av nanokristaller till olika termodynamiska och kinetiska egenskaper som påverkar läkemedelsleverans och kinetik. Övergång till amorfa strukturer rapporteras ske genom produktionsmetoder såsom spraytorkning, lyofilisering och mekaniska mekanismer, såsom målning. Denna amorfisering har rapporterats observerats med eller utan närvaro av stabilisator i en torrmalningsprocess. Genom att använda en våtmalningsprocess med ytaktivt ämne minskade dock amorfiseringen avsevärt, vilket tyder på att lösningsmedel, i detta fall vatten, och ytaktivt ämne skulle kunna hämma amorfisering för vissa top-down-produktionsmetoder som annars enligt uppgift underlättar amorfisering.
Liposom leverans
Liposomer är sfäriska vesiklar som består av syntetiska eller naturliga fosfolipider som självmonterar i vattenlösning i storlekar från tiotals nanometer till mikrometer. Den resulterande vesikeln, som har en vattenhaltig kärna omgiven av ett hydrofobt membran, kan laddas med en mängd olika hydrofoba eller hydrofila molekyler för terapeutiska ändamål.
Liposomer syntetiseras vanligtvis med naturligt förekommande fosfolipider, främst fosfatidylkolin . Kolesterol ingår ofta i formuleringen för att justera styvheten i membranet och för att öka stabiliteten. Den molekylära lasten laddas genom liposombildning i vattenlösning, lösningsmedelsutbytesmekanismer eller pH-gradientmetoder. Olika molekyler kan också konjugeras kemiskt till liposomens yta för att ändra igenkänningsegenskaperna. En typisk modifiering är konjugering av polyetylenglykol (PEG) till vesikelytan. Den hydrofila polymeren förhindrar igenkänning av makrofager och minskar clearance. Storleken, ytladdningen och dubbelskiktsfluiditeten förändrar också liposomleveranskinetiken. Liposomer diffunderar från blodomloppet in i det interstitiella utrymmet nära målstället. Eftersom själva cellmembranet är sammansatt av fosfolipider, kan liposomer direkt smälta samman med membranet och släppa ut lasten i cytosolen, eller kan komma in i cellen genom fagocytos eller andra aktiva transportvägar. Liposomal tillförsel har olika fördelar. Liposomer ökar lösligheten, stabiliteten och upptaget av läkemedelsmolekyler. Peptider, polymerer och andra molekyler kan konjugeras till ytan av en liposom för målinriktad leverans. Konjugering av olika ligander kan underlätta bindning till målceller baserat på receptor-ligandinteraktionen. Ändring av vesikelstorlek och ytkemi kan också ställas in för att öka cirkulationstiden. Olika FDA-godkända liposomala läkemedel används kliniskt i USA. Antracyklinläkemedlet doxorubicin levereras med fosfolipid-kolesterolliposomer för att behandla AIDS-relaterat Kaposi-sarkom och multipelt myelom med hög effekt och låg toxicitet. Många andra genomgår kliniska prövningar, och liposomal läkemedelstillförsel är fortfarande ett aktivt forskningsfält idag, med potentiella tillämpningar inklusive nukleinsyraterapi, hjärninriktning och tumörterapi.
Virala vektorer , virusliknande partiklar och biologiska nanobärare
Virus kan användas för att leverera gener för genteknik eller genterapi. Vanligt använda virus inkluderar adenovirus, retrovirus och olika bakteriofager. Ytan på den virala partikeln kan också modifieras med ligander för att öka målsökningsförmågan. Även om virala vektorer kan användas med stor effektivitet, är ett problem att det kan orsaka effekter utanför målet på grund av dess naturliga tropism. Detta kräver vanligtvis att de proteiner som orsakar virus-cell-interaktioner ersätts med chimära proteiner. Förutom att använda virus kan läkemedelsmolekyler också inkapslas i proteinpartiklar härledda från den virala kapsiden, eller virusliknande partiklar (VLP). VLP är lättare att tillverka än virus, och deras strukturella enhetlighet gör att VLP kan produceras exakt i stora mängder. VLP:er har också lätta att modifiera ytor, vilket ger möjlighet till målinriktad leverans. Det finns olika metoder för att packa molekylen i kapsiden; de flesta drar fördel av kapsidens förmåga att självmontera. En strategi är att ändra pH-gradienten utanför kapsiden för att skapa porer på kapsidytan och fånga den önskade molekylen. Andra metoder använder aggregatorer såsom leucinblixtlås eller polymer-DNA-amfifiler för att inducera kapsidbildning och fånga läkemedelsmolekyler. Det är också möjligt att kemiskt konjugera läkemedel direkt till de reaktiva platserna på kapsidytan, vilket ofta involverar bildning av amidbindningar. Efter att ha introducerats i organismen har VLP ofta bred vävnadsfördelning, snabb clearance och är i allmänhet icke-toxiska. Det kan dock, precis som virus, framkalla ett immunsvar, så immunmaskerande medel kan vara nödvändiga.
Nanopartikel Albuminbunden (nab) teknologi
Nanopartikelalbuminbunden teknologi använder proteinet albumin som en bärare för hydrofoba kemoterapiläkemedel genom icke-kovalent bindning. Eftersom albumin redan är en naturlig bärare av hydrofoba partiklar och kan transcytosera molekyler som är bundna till sig själv, har albuminkomponerade nanopartiklar blivit en effektiv strategi för behandling av många sjukdomar i klinisk forskning.
Leverans- och frigöringsmekanismer
Ett idealiskt läkemedelstillförselsystem bör ha effektiv målinriktning och kontrollerad frisättning. De två huvudsakliga inriktningsstrategierna är passiv inriktning och aktiv inriktning. Passiv inriktning beror på det faktum att tumörer har onormalt strukturerade blodkärl som gynnar ackumulering av relativt stora makromolekyler och nanopartiklar. Denna så kallade förbättrade permeabilitets- och retentionseffekt (EPR) gör att läkemedelsbäraren kan transporteras specifikt till tumörcellerna. Aktiv målinriktning är, som namnet antyder, mycket mer specifik och uppnås genom att dra fördel av receptor-ligand-interaktioner på ytan av cellmembranet. Kontrollerade läkemedelsfrisättningssystem kan uppnås genom flera metoder. Hastighetsprogrammerade läkemedelstillförselsystem är inställda på diffusiviteten av aktiva medel över membranet. En annan leverans-frisättningsmekanism är aktiveringsmodulerad läkemedelstillförsel, där frisättningen triggas av miljöstimuli. Stimulans kan vara externa, såsom införandet av en kemisk aktivator eller aktivering av ljus eller elektromagnetiska fält, eller biologiska - såsom pH, temperatur och osmotiskt tryck som kan variera kraftigt i hela kroppen.
Polymera nanopartiklar
För polymera nanopartiklar har induktionen av stimuli-känslighet vanligtvis förlitat sig starkt på välkända polymerer som har en inneboende stimuli-känslighet. Vissa polymerer som kan genomgå reversibla fasövergångar på grund av förändringar i temperatur eller pH har väckt intresse. Den mest använda polymeren för aktiveringsmodulerad leverans är den termokänsliga polymeren poly(N-isopropylakrylamid). Det är lättlösligt i vatten vid rumstemperatur men fälls ut reversibelt från när temperaturen höjs över dess lägre kritiska lösningstemperatur (LCST), och ändras från en förlängd kedjekonformation till en kollapsad kedja. Denna funktion presenterar ett sätt att ändra hydrofilicitet hos en polymer via temperatur. Ansträngningar fokuserar också på dubbla stimuli-responsiva läkemedelstillförselsystem, som kan utnyttjas för att kontrollera frisättningen av det inkapslade läkemedlet. Till exempel kan triblocksampolymeren av poly(etylenglykol)-b-poly(3-aminopropyl-metakrylamid)-b-poly(N-isopropylakrylamid) (PEG-b-PAPMA-b-PNIPAm) självmontera för att bilda miceller , som har en kärna-skal-korona-arkitektur över den lägre kritiska lösningstemperaturen. Den är också pH-känslig. Därför kan läkemedelsfrisättning justeras genom att ändra antingen temperatur- eller pH-förhållanden.
Oorganiska nanopartiklar
Läkemedelsleveransstrategier för oorganiska nanopartiklar är beroende av materialegenskaper. Den aktiva inriktningen av läkemedelsbärare av oorganiska nanopartiklar uppnås ofta genom ytfunktionalisering med specifika ligander av nanopartiklar. Till exempel kan den oorganiska multifunktionella nanovehikeln (5-FU/Fe3O4/αZrP@CHI-FA-R6G) utföra tumöroptisk avbildning och terapi samtidigt. Det kan riktas till platsen för cancerceller med fördröjd frisättning. Studier har också gjorts på guld nanopartikelsvar på lokalt nära-infrarött (NIR) ljus som stimuli för läkemedelsfrisättning. I en studie bestrålades guldnanopartiklar funktionaliserade med dubbelsträngat DNA inkapslat med läkemedelsmolekyler med NIR-ljus. Partiklarna genererade värme och denaturerade det dubbelsträngade DNA:t, vilket utlöste frisättningen av läkemedel vid målplatsen. Studier tyder också på att en porös struktur är fördelaktig för att uppnå en fördröjd eller pulserande frisättning. Porösa oorganiska material uppvisar hög mekanisk och kemisk stabilitet inom en rad fysiologiska förhållanden. De väldefinierade ytegenskaperna, såsom hög porvolym, snäv pordiameterfördelning och hög ytarea tillåter infångning av läkemedel, proteiner och andra biogena molekyler med förutsägbara och reproducerbara frisättningsmönster.
Giftighet
Vissa av samma egenskaper som gör nanopartiklar till effektiva läkemedelsbärare bidrar också till deras toxicitet. Till exempel är guldnanopartiklar kända för att interagera med proteiner genom ytadsorption och bildar en proteinkorona , som kan användas för lastning och immunskydd. Men denna proteinadsorptionsegenskap kan också störa normal proteinfunktion som är väsentlig för homeostas, särskilt när proteinet innehåller exponerade svavelgrupper. Den fototermiska effekten, som kan induceras för att döda tumörceller, kan också skapa reaktiva syrearter som utövar oxidativ stress på omgivande friska celler. Guldnanopartiklar av storlekar under 4-5 nm passar i DNA-spår som kan störa transkription, genreglering, replikation och andra processer som är beroende av DNA-proteinbindning. Brist på biologisk nedbrytbarhet för vissa nanopartiklar kan kemi leda till ackumulering i vissa vävnader och därmed störa ett brett spektrum av biologiska processer. För närvarande finns det inget regelverk i USA för att testa nanopartiklar för deras allmänna påverkan på hälsa och miljö.