- praćenje ili etiketiranje
- dostava
- skele / platforme
Neke nanočestice se koriste od devedesetih godina prošlog veka, za aplikacije poput kozmetičke / kožne nege, isporuke lekova i etiketiranja. Eksperimentisanje sa različitim vrstama nanočestica, kao što su kvantne tačke, ugljenične nanocevi i magnetne nanočestice, na somatskim ćelijama ili mikroorganizmima, obezbedilo je pozadinu iz koje je pokrenuto istraživanje matičnih ćelija. Malo je poznata činjenica da je prvi patent za pripremu nanofibera zabeležen 1934. godine. Ova vlakna bi na kraju postala osnova skela za kulturu i transplantaciju matičnih ćelija - 70 godina kasnije.
Vizuelizacija matičnih ćelija pomoću MRI i SPIO čestica
Istraživanje primene nanodelaca za magnetnu rezonancu (MRI) potisnuo je potreba da se prati terapeutika matičnih ćelija. Zajednički izbor za ovu aplikaciju su superparamagnetni nanocelici od željeznog oksida (SPIO), koji povećavaju kontrast MRI slika.
Neke gvozdene okside su već odobrene od strane FDA. Različite vrste čestica su obložene različitim polimerima spolja, uglavnom ugljenim hidratima. Označavanje MRI se može uraditi dodavanjem nanodelaca na površinu matičnih ćelija ili uzimanjem čestice od matične ćelije kroz endocitozu ili fagocitozu.
Nanodelci su pomogli da doprinesemo našem saznanju kako se matične ćelije migriraju u nervni sistem.
Označavanje pomoću kvantnih tačaka
Kvantne tačke (Qdots) su kristali nano-skale koji emituju svetlost i sastoje se od atoma iz grupa II-VI periodične tablice, često inkorporirajući kadmijum. Bolje su za vizuelizaciju ćelija nego neke druge tehnike kao što su boje, zbog njihove fotostabilnosti i dugovečnosti. Ovo takođe omogućava njihovo korištenje za proučavanje ćelijske dinamike dok je u pitanju diferencijacija matičnih ćelija.
Qdots imaju kraću evidenciju za upotrebu sa matičnim ćelijama od SPIO / MRI i koriste se samo in vitro do sada, zbog potrebe da se specijalna oprema prati u cijelim životinjama.
Nukleotidna isporuka za genetsku kontrolu
Genetske kontrole, koristeći DNK ili siRNA , pojavljuju se kao korisno sredstvo za kontrolu ćelijskih funkcija u matičnim ćelijama, posebno za usmeravanje njihove diferencijacije. Nanodelci se mogu koristiti za zamjenu tradicionalno korišćenih virusnih vektora, kao što su retrovirusi, koji su uključeni u izazivanje komplikacija u cijelim organizmima kao što su induciranje mutacija koje vode do kancera. Nanodelci nude jeftiniji, lakši produktivni vektor za transfekciju matičnih ćelija, sa manjim rizikom od imunogenosti, mutagenosti ili toksičnosti.
Popularan pristup je korištenje kationskih polimera koji komuniciraju sa molekulima DNK i RNK. Postoji prostor za razvoj pametnih polimera , sa karakteristikama kao što su ciljana isporuka ili zakazano izdanje . Karbonske nanocevke sa različitim funkcionalnim grupama takođe su testirane na isporuku lekova i nukleinske kiseline u ćelije sisara, ali njihova upotreba u matičnim ćelijama nije u velikoj mjeri istražena.
Optimizacija okruženja matičnih ćelija
Značajno područje istraživanja u istraživanju matičnih ćelija je istraživanje ekstracelularnog okruženja i kako uslovi izvan ćelije šalju signale za kontrolu diferencijacije, migracije, adhezije i drugih aktivnosti. Ekstracelularni matriks (ECM) , sastoji se od molekula izlučenih od strane ćelija kao što su kolagen, elastin i proteoglikan. Karakteristike ovih izlučivanja i hemije životne sredine koju stvaraju pružaju smernice za aktivnosti matičnih ćelija.
Nanodelci su korišćeni za inženjering različito uzorkovanih topografija koje imitiraju ECM, za proučavanje njihovih efekata na matične ćelije.
Glavna komplikacija s terapijama matičnih stanica bila je neuspeh injektiranih ćelija da se skupljaju u cilju tkiva. Nanoške skele poboljšavaju preživljavanje ćelija pomoću procesa graviranja. Nanofiberi izrađeni od sintetičkih polimera kao što su poli (mlečna kiselina) (PLA) ili prirodni polimeri kolagena, svilenih proteina ili hitozana, obezbeđuju kanale za poravnanje stabljičnih i progenitorskih ćelija. Krajnji cilj je da odredi koji sastav skele najbolje promovira adheziju i proliferaciju matičnih ćelija i koristi ovu tehniku za transplantaciju matičnih ćelija. Međutim, čini se da se morfologija ćelija odrastanih na nanofibrima može razlikovati od ćelija odraslih na drugim medijima, a prijavljeno je nekoliko ispitivanja in vivo.
Toksičnost nanopartikla matičnim ćelijama
Kao i kod svih biomedicinskih otkrića, upotreba nanopartija za ove primjene in vivo (kod ljudi) zahteva odobrenje FDA. Otkrivanjem potencijala nanočestica za primenu matičnih ćelija došlo je do eskalacije potražnje za kliničkim ispitivanjima radi testiranja novih otkrića i povećanja interesa za toksičnost nanopartikla .
Toksičnost nanodelaca SPIO je u velikoj mjeri proučavana. U većini slučajeva, nisu se pojavili kao toksični, ali jedna studija je predložila efekat na diferencijaciju matičnih ćelija. Međutim, i dalje postoji određena neizvesnost u pogledu toga da li je toksičnost izazvana od nanodelaca ili transfekcionog agensa / jedinjenja.
Podaci o toksičnosti za Qdots su oskudni, ali koji podaci se ne slažu svi. Neke studije ne pokazuju štetne efekte na morfologiju matičnih ćelija, proliferaciju i diferencijaciju, dok drugi izvještavaju o abnormalnostima. Razlike u rezultatima testa mogu se pripisati različitim sastavima nanočestica ili ciljnih ćelija, pa je potrebno mnogo istraživanja da bi se utvrdilo šta je sigurno i šta nije, i za koje vrste ćelija. Ono što je poznato je da oksidovani kadmijum (Cd2 +) može biti toksičan zbog svog dejstva na mitohondrijske ćelije. Ovo je dodatno komplikovano oslobađanjem reaktivnih vrsta kiseonika tokom degradacije Qdot.
Izgleda da su ugljene nanocevi uglavnom genotoksični, u zavisnosti od njihovog oblika, veličine, koncentracije i sastava površine i mogu doprinijeti stvaranju reaktivnih vrsta kiseonika u ćelijama.
Nanodelci su obećavajući alati za nove biomedicinske tehnike, zbog njihove male veličine i sposobnosti penetriranja ćelija. Kako napredak istraživanja nastavlja da doprinosi našim saznanjima o faktorima koji kontrolišu funkcije matičnih ćelija, verovatno će biti otkrivene nove aplikacije za nanočestice, u dogovoru sa matičnim ćelijama. Dok dokazi ukazuju na to da će neke aplikacije biti korisnije ili sigurnije od drugih, postoji ogroman potencijal za korišćenje nanočestica za poboljšanje i poboljšanje tehnologija matičnih ćelija.
> Izvor:
> Ferreira, L. i dr. 2008. Nove mogućnosti: Korišćenje nanotehnologija za manipulaciju i praćenje matičnih ćelija. Celična matična ćelija 3: 136-146. doi: 10.1016 / j.stem.2008.07.020.