- śledzenie lub etykietowanie
- dostawa
- rusztowania / platformy
Niektóre nanocząsteczki są stosowane od lat 90. XX w. W zastosowaniach takich jak dostarczanie kosmetyków / produktów do pielęgnacji skóry, dostarczanie leków i etykietowanie. Eksperymenty z różnymi rodzajami nanocząstek, takimi jak kropki kwantowe, nanorurki węglowe i nanocząstki magnetyczne, na komórkach somatycznych lub mikroorganizmach, dostarczyły danych, na podstawie których rozpoczęto badania nad komórkami macierzystymi. Jest mało znanym faktem, że pierwszy patent na przygotowanie nanowłókien został zarejestrowany w 1934 roku. Te włókna ostatecznie stały się fundamentem rusztowań do hodowli i przeszczepiania komórek macierzystych - ponad 70 lat później.
Wizualizacja komórek macierzystych przy użyciu cząstek MRI i SPIO
Badania nad zastosowaniami nanocząstek do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI) zostały poparte potrzebą śledzenia terapeutycznych komórek macierzystych. Powszechnym wyborem dla tego zastosowania są superparamagnetyczne nanocząstki żelaza (SPIO), które zwiększają kontrast obrazów MRI.
Niektóre tlenki żelaza zostały już zatwierdzone przez FDA. Różne rodzaje cząstek są powlekane różnymi polimerami na zewnątrz, zwykle węglowodanem. Znakowanie MRI można przeprowadzić przez przyłączenie nanocząstek do powierzchni komórek macierzystych lub pobudzenie cząsteczki przez komórki macierzyste przez endocytozę lub fagocytozę.
Nanocząsteczki pomogły zwiększyć naszą wiedzę na temat migracji komórek macierzystych w układzie nerwowym.
Etykietowanie za pomocą kropek kwantowych
Kropki kwantowe (Qdots) to kryształy w skali nano, które emitują światło i składają się z atomów z grup II-VI układu okresowego, często zawierających kadm. Są lepsze do wizualizacji komórek niż niektóre inne techniki, takie jak barwniki, ze względu na ich fotostabilność i długowieczność. Pozwala to również na ich wykorzystanie do badania dynamiki komórek przy jednoczesnym różnicowaniu komórek macierzystych.
Qdots mają krótsze doświadczenie w stosowaniu w komórkach macierzystych niż SPIO / MRI i zostały dotychczas użyte tylko in vitro, ze względu na wymóg posiadania specjalnego sprzętu do śledzenia ich w całych zwierzętach.
Dostarczanie nukleotydów do kontroli genetycznej
Kontrola genetyczna, wykorzystująca DNA lub siRNA , staje się użytecznym narzędziem do kontrolowania funkcji komórkowych w komórkach macierzystych, w szczególności do kierowania ich różnicowaniem. Nanocząstki można stosować do zastąpienia tradycyjnie stosowanych wektorów wirusowych, takich jak retrowirusy, które powodują powikłania w całych organizmach, takie jak wywoływanie mutacji prowadzących do raka. Nanocząsteczki oferują tańszy i łatwiejszy w produkcji wektor do transfekcji komórek macierzystych, przy niższym ryzyku immunogenności, mutagenności lub toksyczności.
Popularnym podejściem jest stosowanie kationowych polimerów, które oddziałują z cząsteczkami DNA i RNA. Istnieje również pole do rozwoju inteligentnych polimerów , z takimi funkcjami jak docelowe dostawy lub planowane uwalnianie . Nanorurki węglowe z różnymi grupami funkcyjnymi zostały również przetestowane pod kątem dostarczania leków i kwasów nukleinowych do komórek ssaków, ale ich wykorzystanie w komórkach macierzystych nie zostało w znacznym stopniu zbadane.
Optymalizacja środowiska komórki macierzystej
Znaczącym obszarem badań nad komórkami macierzystymi jest środowisko zewnątrzkomórkowe oraz to, w jaki sposób warunki poza komórką wysyłają sygnały w celu kontroli różnicowania, migracji, adhezji i innych działań. Macierz zewnątrzkomórkowa (ECM) składa się z cząsteczek wydzielanych przez komórki, takie jak kolagen, elastyna i proteoglikan. Właściwości tych wydalin i chemii środowiska, które tworzą, stanowią wskazówkę dla działań komórek macierzystych.
Nanocząstki zostały użyte do inżynierii różnych topograficznych topografii, które naśladują ECM, do badania ich wpływu na komórki macierzyste.
Główną komplikacją napotykaną w przypadku terapii komórkami macierzystymi była niewydolność iniekcji do tkanek docelowych. Nanoskalowe rusztowania zwiększają przeżywalność komórek dzięki wspomaganiu procesu wszczepiania. Nanowłókna uzyskane z syntetycznych polimerów, takich jak poli (kwas mlekowy) (PLA) lub naturalne polimery kolagenu, białka jedwabiu lub chitozanu, zapewniają kanały do wyrównania komórek macierzystych i progenitorowych. Ostatecznym celem jest określenie, jaki skład rusztowania najlepiej promuje prawidłową adhezję i proliferację komórek macierzystych i zastosowanie tej techniki do przeszczepów komórek macierzystych. Jednakże wydaje się, że morfologia komórek hodowanych na nanowłókienkach może różnić się od komórek hodowanych na innych pożywkach, a doniesiono o niewielu badaniach in vivo.
Toksyczność nanocząstek w komórkach macierzystych
Podobnie jak w przypadku wszystkich odkryć biomedycznych, stosowanie nanocząsteczek do tych zastosowań in vivo (u ludzi) wymaga zatwierdzenia przez FDA. Wraz z odkryciem potencjału nanocząstek do zastosowań komórek macierzystych, wzrosło zapotrzebowanie na badania kliniczne, aby przetestować nowe odkrycia i zwiększyć zainteresowanie toksycznością nanocząsteczek .
Toksyczność nanocząsteczek SPIO została w dużym stopniu zbadana. W większości przypadków nie pojawiły się toksyczne, ale jedno z badań sugeruje wpływ na różnicowanie komórek macierzystych. Jednak nadal istnieje pewna niepewność co do tego, czy toksyczność była spowodowana przez nanocząsteczki lub czynnik transfekcyjny / związek.
Dane dotyczące toksyczności dla Qdots są skąpe, ale nie wszystkie dane są zgodne. Niektóre badania nie wykazują niekorzystnego wpływu na morfologię, proliferację i różnicowanie komórek macierzystych, podczas gdy inne wykazują nieprawidłowości. Różnice w wynikach testu można przypisać różnym kompozycjom nanocząstek lub komórek docelowych, dlatego potrzeba znacznie więcej badań, aby ustalić, co jest bezpieczne, a co nie, i jakie typy komórek. Wiadomo, że utleniony kadm (Cd2 +) może być toksyczny ze względu na wpływ na mitochondria komórek. Jest to dodatkowo komplikowane przez uwalnianie reaktywnych form tlenu podczas rozkładu Qdot.
Wydaje się, że nanorurki węglowe są generalnie genotoksyczne, w zależności od ich kształtu, wielkości, stężenia i składu powierzchni, i mogą przyczyniać się do generowania reaktywnych form tlenu w komórkach.
Nanocząsteczki są obiecującymi narzędziami dla nowych technik biomedycznych, ze względu na ich niewielkie rozmiary i zdolność penetracji komórek. W miarę postępu badań naukowych wciąż poszerzamy naszą wiedzę na temat czynników kontrolujących funkcje komórek macierzystych. Prawdopodobnie odkryjemy nowe zastosowania nanocząsteczek, w połączeniu z komórkami macierzystymi. Podczas gdy dowody sugerują, że niektóre zastosowania okażą się bardziej użyteczne lub bezpieczniejsze niż inne, istnieje olbrzymi potencjał wykorzystania nanocząstek do ulepszania i ulepszania technologii komórek macierzystych.
> Źródło:
> Ferreira, L. i in. 2008. Nowe możliwości: wykorzystanie nanotechnologii do manipulowania i śledzenia komórek macierzystych. Cell Stem Cell 3: 136-146. doi: 10.1016 / j.stem.2008.07.020.