Dendritic surface functionalization of nanomaterials: controlling properties and functions for biomedical applications

Nazemi, Ali; Gillies, Elizabeth R.

A wide variety of nanomaterials have demonstrated promise in medical applications such as drug delivery and imaging. In these applications, the surface chemistry of the materials is critical as it plays an important role in determining the toxicity and biodistribution behavior of the material. We review here the functionalization of nanomaterials with dendrons as an efficient method to alter the surface chemistry of the materials, introducing new properties and functions. Described here is the functionalization of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIO) with dendritic guanidines to enhance their transport into cells for magnetic resonance imaging applications. The introduction of dendrons bearing peripheral hydroxyls, amines, guanidines, carbohydrates and Gd(III) chelates to polymer vesicles (polymersomes) is also described. These dendritic moieties allow for modulation of toxicity, cell uptake, protein binding, and contrast agent efficiency, while at the same time allowing the stabilities of the polymersomes to be maintained. Thus, this approach holds promise for the development of a wide range of multifunctional materials for pharmaceutical applications.

Uma grande variedade de nanomateriais tem demonstrado aplicações médicas promissoras, tais como liberação de fármacos e em imagens. Nestas aplicações, a superfície química dos materiais é crítica, uma vez que exerce papel importante na determinação da toxicidade e comportamento de biodistribuição do material. Aqui, nós revisamos a funcionalização de nanomateriais, como dendrons, como método eficiente de alterar a superfície química destes compostos, introduzindo novas propriedades e funções. Descritos aqui estão nanopartículas superparamagnéticas de óxido de ferro (do inglês, SPIO), com guanidinas dendríticas para aumentar seu transporte para o interior das células, úteis em imagens de ressonância magnética. A introdução de dendrons contendo hidroxilas, aminas, guanidinas, carboidratos e quelatos de Gd(III) periféricos em vesículas poliméricas (polymersomes) também está descrita. Esses grupos dendríticos permitem a modulação de toxicidade, captura celular, ligação à proteína e eficiência como agente de contraste, enquanto que, ao mesmo tempo, permitem a manutenção da estabilidade das vesículas poliméricas. Assim, essa abordagem é promissora para o desenvolvimento de grande variedade de materiais multifuncionais para aplicações farmacêuticas.