Nanopartikle i aplikacije matičnih stanica

Nanotehnologija i biomedicinska obrada matičnih stanica (kao što je terapeutsko kloniranje) su među najnovijim biotehnološkim istraživanjima. Čak i nedavno, znanstvenici su počeli tražiti načine da se udaju za njih. Od 2003. godine, primjeri nanotehnologije i matičnih stanica prikupljeni su u znanstvenim časopisima. Iako su potencijalne aplikacije za nanotehnologiju u istraživanju matičnih stanica bezbrojne, za njihovo korištenje mogu se dodijeliti tri glavne kategorije:

• praćenje ili označavanje
• dostava
• skele / platforme

Neke nanočestice upotrebljavaju se od 1990-ih, za primjene poput kozmetičke / njege kože, isporuke i označavanja lijekova. Eksperimentiranje s različitim vrstama nanočestica kao što su kvantne točke, ugljikovih nanocjevčica i magnetskih nanočestica, na somatskim stanicama ili mikroorganizmima, omogućilo je pozadinu iz koje je pokrenuto istraživanje matičnih stanica. Malo je poznata činjenica da je prvi patent za priređivanje nanofibra zabilježen 1934. godine. Ta bi vlakna konačno postala temelj skela za kulturu matičnih stanica i transplantaciju - više od 70 godina kasnije.

Vizualiziranje matičnih stanica pomoću MRI i SPIO čestica

Istraživanje primjene nanorazlika za snimanje magnetskom rezonancijom (MRI) je potaknuta potrebom za praćenjem terapeutika matičnih stanica. Uobičajeni izbor za ovu aplikaciju su superparamagnetski nosači željezo-oksida (SPIO), koji poboljšavaju kontrast MRI snimaka. FDA je već odobrila neke okside željeza. Različite vrste čestica su obložene različitim polimerima izvana, obično ugljikohidratima. MRI označavanje može se obaviti tako da se nanočestice spajaju na površinu matičnih stanica ili uzrokuju upijanje čestica matičnim stanicama kroz endocitozu ili fagocitozu.

Nanočestice su doprinijele našem znanju o tome kako se matične stanice migriraju u živčanom sustavu.

Označavanje pomoću kvantnih točaka

Kvantne točkice (Qdots) su nano-scale kristali koji emitiraju svjetlo i koji se sastoje od atoma iz skupina II-VI periodičkog stola, često uključuje kadmij. Oni su bolje za vizualizaciju stanica nego određene druge tehnike kao što su boje, zbog svoje fotostabilnosti i dugovječnosti. To također omogućuje njihovu uporabu za proučavanje stanične dinamike, dok je diferencijacija matičnih stanica u tijeku.

Qdots imaju kraće podatke o korištenju s matičnim stanicama od SPIO / MRI i koriste se samo u in vitro, zbog zahtjeva za posebnom opremom za praćenje njih u cijelim životinjama.

Davanje nukleotida za genetsku kontrolu

Genetska kontrola, koristeći DNA ili siRNA, pojavljuje se kao koristan alat zakontroliranje staničnih funkcija u matičnim stanicama, osobito za usmjeravanje njihove diferencijacije. Nanočestice se mogu upotrijebiti za zamjenu tradicionalno korištenih virusnih vektora, kao što su retrovirusi, koji su uključeni u izazivanje komplikacija u cijelim organizmima kao što su induciranje mutacija koje dovode do raka. Nanočestice nude jeftiniji, lakše proizvedivi vektor za transfekciju matičnih stanica, s manjim rizikom od imunogenosti, mutagenosti ili toksičnosti.

Popularan pristup je korištenje kationskih polimera koji stupaju u interakciju s DNA i RNA molekulama. Tu je i prostor za razvoj pametnih polimera, sa značajkama kao što su ciljanu isporuku ili zakazano puštanje , Karbon nanocjevčice s različitim funkcionalnim skupinama također su testirane na dostavu lijeka i nukleinske kiseline u stanice sisavaca, ali njihova upotreba u matičnim stanicama nije bila u velikoj mjeri istražena.

Optimiziranje okruženja matičnih stanica

Značajno područje istraživanja u istraživanju matičnih stanica jest izvanstanična okolina i način na koji se stanovi izvan stanice šalju signalima za kontrolu diferencijacije, migracije, adhezije i drugih aktivnosti.ekstracelularna matrica (ECM), sastoji se od molekula koje luče stanice poput kolagena, elastina i proteoglikana. Svojstva ovih izlučevina i kemije u okolišu koje stvaraju pružaju smjernice za aktivnosti matičnih stanica. Nanočestice su korištene za inženjering različitih uzoraka topografija koje oponašaju ECM, za proučavanje njihovih učinaka na matične stanice.

Glavna komplikacija na koju se susreće terapija matičnim stanicama bila je neuspjeh ubrizganih stanica da se zarase u ciljanu tkivu. nano skele poboljšati preživljavanje stanica pomažući procesu ugradnje. Nanofibre izrađene od sintetičkih polimera kao što je poli (mliječna kiselina) (PLA) ili prirodni polimeri kolagena, svilenog proteina ili kitozana, osiguravaju kanale za poravnavanje stabljika i progenitorskih stanica. Krajnji cilj je utvrditi koji sastav skela najbolje potiče pravilnu adheziju i proliferaciju matičnih stanica i koristiti ovu tehniku ​​za transplantacije matičnih stanica.

Međutim, čini se da je morfologija stanica koje se uzgajaju na nanofibre mogu razlikovati od stanica koje su se uzgojene na drugim medijima, te je objavljeno nekoliko in vivo studija.

Toksičnost nanočestičnih stanica matičnim stanicama

Kao i kod svih biomedicinskih otkrića, korištenje nanočestica za ove primjene in vivo (kod ljudi) zahtijeva odobrenje FDA-e. Otkrićem potencijalnih nanočestica za aplikacije matičnih stanica došlo je do povećane potražnje za kliničkim ispitivanjima za testiranje novih otkrića i povećanje interesa za toksičnost nanočestica.

OtrovnostSPIO nanočestice je u velikoj mjeri proučavana.Uglavnom, nisu se pojavili otrovni, no jedna je studija ukazala na učinak na diferencijaciju matičnih stanica. Međutim, još uvijek postoji neka nesigurnost o tome je li toksičnost uzrokovana nanočesticama ili transfekcijskim sredstvom / spojem.

Podaci o toksičnosti zaQdots je rijedak, ali ono što se podaci ne mogu dogovoriti. Neke studije pokazuju da nema štetnih učinaka na morfologiju, proliferaciju i diferencijaciju matičnih stanica, dok drugi izvješćuju o abnormalnosti. Razlike u rezultatima testa mogu se pripisati različitim sastavima nanočestica ili ciljnih stanica, stoga je potrebno mnogo više istraživanja kako bi se utvrdilo što je sigurno i što nije, te za koje vrste stanica. Poznato je da oksidirani kadmij (Cd2 +) može biti toksičan zbog utjecaja na mitohondrije stanica.

To je dodatno komplicirano oslobađanjem reaktivnih vrsta kisika tijekom degradacije Qdot.

Karbon nanocjevčice čini se da su općenito genotoksični, ovisno o njihovom obliku, veličini, koncentraciji i površinskom sastavu, te mogu pridonijeti generativu reaktivnih vrsta kisika u stanicama.

Nanočestice su obećavajuće alate za nove biomedicinske tehnike, zbog svoje male veličine i sposobnosti da prodiru u stanice. Kako napredovanje u istraživanjima i dalje pridonosi poznavanju čimbenika koji kontroliraju funkcije matičnih stanica, vjerojatno će se otkriti nove aplikacije za nanočestice, zajedno s matičnim stanicama. Iako dokazi pokazuju da će neke aplikacije biti korisnije ili sigurnije od drugih, postoji ogroman potencijal za korištenje nanočestica radi poboljšanja i poboljšanja tehnologija matičnih stanica.

Izvor:

Ferreira, L. i sur. 2008. Nove mogućnosti: korištenje nanotehnologija za manipuliranje i praćenje matičnih stanica. Stanična matična stanica 3: 136-146. doi: 10.1016 / j.stem.2008.07.020.