- urmărirea sau etichetarea
- livrare
- schele / platforme
Anumite nanoparticule s-au folosit de la anii 1990 pentru aplicații cum ar fi livrarea de produse cosmetice / de îngrijire a pielii, livrarea de droguri și etichetarea. Experimentarea cu diferite tipuri de nanoparticule, cum ar fi puncte cuantice, nanotuburi de carbon și nanoparticule magnetice, pe celule somatice sau microorganisme, a oferit fundalul din care a fost lansat cercetarea celulelor stem. Este puțin cunoscut faptul că primul brevet pentru prepararea nanofibrelor a fost înregistrat în 1934. Aceste fibre ar deveni în cele din urmă fundația schelelor pentru cultura de celule stem și transplant - peste 70 de ani mai târziu.
Vizualizarea celulelor stem utilizând particule RMN și SPIO
Cercetarea privind aplicațiile nanoparticulelor pentru imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) a fost împinsă de necesitatea de a urmări terapeutica celulelor stem. O alegere comună pentru această aplicație este nanoparticulele superparamagnetice de oxid de fier (SPIO), care sporesc contrastul imaginilor MRI.
Unele oxizi de fier au fost deja aprobate de FDA. Diferitele tipuri de particule sunt acoperite cu polimeri diferiți în exterior, de obicei un carbohidrat. Etichetarea MRI poate fi realizată prin atașarea nanoparticulelor pe suprafața celulelor stem sau prin preluarea particulei de către celulele stem prin endocitoză sau fagocitoză.
Nanoparticulele au ajutat să adăugăm la cunoștințele noastre cum celulele stem migrează în sistemul nervos.
Etichetarea cu ajutorul punctelor cuantice
Punctele cuantice (Qdots) sunt cristale de nano-scară care emit lumină și sunt alcătuite din atomi din grupele II-VI ale tabelului periodic, adesea încorporând cadmiu. Ele sunt mai bune pentru vizualizarea celulelor decât anumite alte tehnici, cum ar fi coloranții, datorită fotostabilității și longevității lor. Acest lucru permite, de asemenea, utilizarea lor pentru studierea dinamicii celulare în timp ce diferențierea celulelor stem este în curs de desfășurare.
Qdots au o experiență mai scurtă pentru a fi utilizate cu celule stem decât SPIO / RMN și au fost utilizate doar in vitro până acum, datorită cerinței ca echipamentele speciale să le urmărească în întregul animal.
Furnizarea de nucleotide pentru controlul genetic
Controalele genetice, utilizând ADN sau siARN , apar ca un instrument util pentru controlul funcțiilor celulare în celulele stem, în special pentru dirijarea diferențierii lor. Nanoparticulele pot fi folosite pentru a înlocui vectorii virali utilizați în mod tradițional, cum ar fi retrovirusurile, care au fost implicate în producerea de complicații în organisme întregi, cum ar fi inducerea mutațiilor care duc la cancer. Nanoparticulele oferă un vector mai puțin costisitor, mai ușor de realizat pentru transfecția celulelor stem, cu un risc mai mic de imunogenitate, mutagenitate sau toxicitate.
O abordare populară este utilizarea polimerilor cationici care interacționează cu moleculele de ADN și ARN. Există, de asemenea, loc pentru dezvoltarea unor polimeri inteligenți , cu caracteristici cum ar fi livrarea vizată sau eliberarea planificată . Nanotuburile de carbon cu diferite grupuri funcționale au fost, de asemenea, testate pentru administrarea de medicamente și acid nucleic în celulele de mamifere, dar utilizarea lor în celulele stem nu a fost investigată în mare măsură.
Optimizarea mediului de celule stem
Un domeniu semnificativ de studiu în cercetarea în domeniul celulelor stem este acela al mediului extracelular și modul în care condițiile din afara celulei trimit semnale pentru controlul diferențierii, migrației, aderenței și a altor activități. Matricea extracelulară (ECM) , constă din molecule secretate de celule cum ar fi colagenul, elastina și proteoglicanul. Proprietățile acestor excreții și chimia mediului pe care le creează, oferă direcții pentru activitățile celulelor stem.
Nanoparticulele au fost folosite pentru a institui topografii cu model diferit, care imită ECM, pentru a studia efectele lor asupra celulelor stem.
O complicație majoră întâlnită în terapiile cu celule stem a fost eșecul celulelor injectate de a încorpora țesuturile țintă. Scările de la scară nanometrica imbunatatesc supravietuirea celulelor ajutand la procesul de ingrasare. Nanofibrele centrifugate din polimeri sintetici, cum ar fi poli (acid lactic) (PLA) sau polimeri naturali de colagen, proteine de mătase sau chitosan, furnizează canale pentru alinierea celulelor stem și progenitoare. Scopul final este de a determina ce compoziție a schelei promovează cel mai bine adeziunea și proliferarea adecvată a celulelor stem și folosiți această tehnică pentru transplanturile de celule stem. Cu toate acestea, se pare că morfologia celulelor cultivate pe nanofibre poate să difere de celulele cultivate pe alte medii și au fost raportate puține studii in vivo.
Nanoparticule Toxicity to Stem Cells
Ca și în cazul tuturor descoperirilor biomedicale, utilizarea nanoparticulelor pentru aceste aplicații in vivo (la om) necesită aprobarea FDA. Odată cu descoperirea potențialului nanoparticulelor pentru aplicațiile cu celule stem, a apărut o cerere escaladată de studii clinice pentru a testa noile descoperiri și a crește interesul pentru toxicitatea nanoparticulelor .
Toxicitatea nanoparticulelor SPIO a fost studiată în mare măsură. În cea mai mare parte, ele nu au apărut toxic, dar un studiu a sugerat un efect asupra diferențierii celulelor stem. Cu toate acestea, există încă o anumită incertitudine cu privire la faptul dacă toxicitatea a fost cauzată de nanoparticule sau de agentul / compusul de transfecție.
Datele privind toxicitatea pentru Qdots sunt rare, dar datele care există nu sunt toate de acord. Unele studii nu au raportat efecte adverse asupra morfologiei, proliferării și diferențierii celulelor stem, în timp ce altele au raportat anomalii. Diferențele în rezultatele testului ar putea fi atribuite diferitelor compoziții ale nanoparticulelor sau celulelor țintă, prin urmare sunt necesare mult mai multe cercetări pentru a stabili ce este sigur și ce nu este și pentru ce tipuri de celule. Se știe că cadmiul oxidat (Cd2 +) poate fi toxic datorită efectului său asupra mitocondriilor celulelor. Acest lucru este în continuare complicat de eliberarea de specii reactive de oxigen în timpul degradării Qdot.
Nanotuburile de carbon par a fi în general genotoxice, în funcție de forma, mărimea, concentrația și compoziția suprafeței lor și ar putea contribui la generarea de specii de oxigen reactive în celule.
Nanoparticulele sunt instrumente promițătoare pentru noi tehnici biomedicale, datorită dimensiunilor mici și capacității lor de a penetra celulele. Dat fiind că progresele cercetărilor continuă să contribuie la cunoașterea factorilor care controlează funcțiile celulelor stem, este probabil ca noi aplicații pentru nanoparticule, în concordanță cu celulele stem, să fie descoperite. În timp ce dovezile sugerează că unele aplicații se vor dovedi a fi mai utile sau mai sigure decât altele, există un potențial enorm de utilizare a nanoparticulelor pentru îmbunătățirea și îmbunătățirea tehnologiilor de celule stem.
> Sursa:
> Ferreira, L. și colab. 2008. Noi oportunități: utilizarea nanotehnologiilor pentru manipularea și urmărirea celulelor stem. Cell Stem Cell 3: 136-146. doi: 10.1016 / j.stem.2008.07.020.