- penjejakan atau pelabelan
- penghantaran
- perancah / platform
Beberapa nanopartikel telah digunakan sejak 1990-an, untuk aplikasi seperti kosmetik / penghantaran penjagaan kulit, penghantaran dadah dan pelabelan. Eksperimen dengan pelbagai jenis nanopartikel seperti titik kuantum, nanotube karbon dan nanopartikel magnetik, pada sel-sel somatik atau mikroorganisma, telah menyediakan latar belakang dari penyelidikan sel stem yang telah dilancarkan. Fakta yang kurang diketahui bahawa paten pertama untuk penyediaan nanofibers direkodkan pada tahun 1934. Serat-serat ini akhirnya menjadi asas perancah untuk budaya sel stem dan pemindahan - lebih 70 tahun kemudian.
Menggambarkan Sel Stem Menggunakan Partikel MRI dan SPIO
Penyelidikan mengenai aplikasi nanopartikel untuk pengimejan resonans magnetik (MRI) telah ditolak oleh keperluan untuk mengesan terapeutik sel stem. Pilihan umum bagi aplikasi ini adalah nanopartikel superparamagnet oksida besi (SPIO), yang meningkatkan kontras imej MRI.
Beberapa oksida besi telah diluluskan oleh FDA. Jenis zarah yang berlainan disalut dengan polimer yang berbeza di luar, biasanya karbohidrat. Pelabelan MRI boleh dilakukan dengan melampirkan nanopartikel ke permukaan sel stem atau menyebabkan pengambilan zarah oleh sel stem melalui endositosis atau fagositosis.
Nanopartikel telah membantu menambah pengetahuan kita tentang bagaimana sel stem berhijrah ke dalam sistem saraf.
Pelabelan Menggunakan Titik Kuantum
Titik kuantum (Qdots) adalah kristal skala nano yang memancarkan cahaya dan terdiri daripada atom daripada kumpulan II-VI dalam jadual berkala, sering memasukkan kadmium. Mereka lebih baik untuk menggambarkan sel-sel daripada teknik-teknik lain seperti pewarna, kerana daya fotostabil dan panjang umur mereka. Ini juga membolehkan penggunaannya untuk mengkaji dinamik selular manakala pembezaan sel stem sedang berjalan.
Qdots mempunyai rekod jejak yang lebih pendek untuk digunakan dengan sel stem daripada SPIO / MRI dan hanya digunakan secara in vitro setakat ini, kerana keperluan untuk peralatan khas untuk mengesannya di seluruh haiwan.
Penghantaran Nukleotida untuk Kawalan Genetik
Kawalan genetik, menggunakan DNA atau siRNA , muncul sebagai alat yang berguna untuk mengawal fungsi sel dalam sel stem, terutamanya untuk mengarahkan pembezaan mereka. Nanopartikel boleh digunakan untuk menggantikan vektor-vektor virus yang digunakan secara tradisional, seperti retrovirus, yang telah terlibat dalam menyebabkan komplikasi di seluruh organisma seperti menggalakkan mutasi yang membawa kepada kanser. Nanopartikel menawarkan vektor yang lebih murah dan lebih mudah untuk menghasilkan pemindahan stem sel dengan risiko imunogenicity, mutagenicity atau toksisiti yang lebih rendah.
Pendekatan yang popular adalah menggunakan polimer kationik yang berinteraksi dengan molekul DNA dan RNA. Terdapat juga ruang untuk pembangunan polimer pintar , dengan ciri-ciri seperti penghantaran sasaran atau pelepasan yang dijadualkan . Nanotub karbon dengan kumpulan fungsi yang berbeza juga telah diuji untuk penghantaran dadah dan asid nukleik ke dalam sel-sel mamalia, tetapi penggunaannya dalam sel-sel stem belum diselidiki secara besar-besaran.
Mengoptimumkan Alam Sekitar Sel Stem
Bidang kajian yang besar dalam penyelidikan sel stem ialah persekitaran ekstraselular dan bagaimana keadaan di luar sel menghantar isyarat untuk mengawal pembedahan, penghijrahan, melekat dan aktiviti lain. Matriks ekstraselular (ECM) , terdiri daripada molekul yang dirembeskan oleh sel seperti kolagen, elastin, dan proteoglycan. Ciri-ciri ekskresi dan kimia alam sekitar yang mereka buat, memberi arah untuk aktiviti sel stem.
Nanopartikel telah digunakan untuk membuat kejuruteraan topografi yang berlainan dengan corak yang meniru ECM, untuk mengkaji kesannya pada sel stem.
Komplikasi utama yang dihadapi dengan terapi sel stem ialah kegagalan sel yang disuntikkan untuk menyerang tisu sasaran. Perancah nanoscale meningkatkan kelangsungan hidup sel dengan membantu proses engrafting. Nanofibers berputar dari polimer sintetik seperti poli (asid laktik) (PLA), atau polimer semulajadi kolagen, protein sutra atau chitosan, menyediakan saluran bagi penjajaran sel stem dan progenitor. Matlamat utama adalah untuk menentukan komposisi perancah terbaik yang paling menggalakkan lekatan dan pembiakan sel-sel stem yang betul dan menggunakan teknik ini untuk pemindahan stem sel. Walau bagaimanapun, nampaknya morfologi sel-sel yang ditanam pada nanofibers mungkin berbeza daripada sel-sel yang ditanam di media lain, dan beberapa kajian vivo telah dilaporkan.
Ketoksikan nanopartikel kepada Stem Cells
Seperti semua penemuan bioperubatan, penggunaan nanopartikel untuk aplikasi ini dalam vivo (pada manusia) memerlukan kelulusan FDA. Dengan penemuan potensi nanopartikel untuk aplikasi sel stem, telah datang permintaan yang semakin meningkat untuk ujian klinikal untuk menguji penemuan baru dan peningkatan minat terhadap ketoksikan nanopartikel .
Ketoksikan nanopartikel SPIO telah dikaji secara besar-besaran. Untuk sebahagian besar, mereka tidak kelihatan toksik, tetapi satu kajian telah mencadangkan kesan ke atas pembezaan sel stem. Walau bagaimanapun, masih ada ketidakpastian tentang sama ada ketoksikan disebabkan oleh nanopartikel atau agen transpeksi / sebatian.
Data ketoksikan untuk Qdots adalah terhad, tetapi data yang ada tidak semua bersetuju. Sesetengah kajian melaporkan tiada kesan buruk pada morfologi sel stem, pembiakan, dan pembezaan, manakala yang lain melaporkan kelainan. Perbezaan dalam hasil ujian boleh dikaitkan dengan komposisi nanopartikel atau sel sasaran yang berlainan, oleh itu lebih banyak penyelidikan diperlukan untuk menentukan apa yang selamat dan apa yang tidak, dan untuk apa jenis sel. Apa yang diketahui ialah kadmium teroksidasi (Cd2 +) boleh menjadi toksik kerana kesannya terhadap sel mitokondria. Ini lebih rumit oleh pembebasan spesies oksigen reaktif semasa kemerosotan Qdot.
Nanotubes karbon kelihatannya umumnya genotoxic, bergantung pada bentuk, saiz, kepekatan dan komposisi permukaannya, dan mungkin menyumbang kepada generatif spesies oksigen reaktif dalam sel.
Nanopartikel adalah alat yang menjanjikan untuk teknik biomedikal yang baru, kerana saiz dan keupayaan mereka untuk menembusi sel. Apabila kemajuan penyelidikan terus menambah pengetahuan kita mengenai faktor-faktor yang mengawal fungsi sel stem, kemungkinan bahawa aplikasi baru untuk nanopartikel, selaras dengan sel stem, akan ditemui. Walaupun bukti menunjukkan bahawa beberapa aplikasi akan berubah menjadi lebih berguna, atau lebih selamat daripada yang lain, terdapat potensi besar untuk menggunakan nanopartikel untuk meningkatkan dan meningkatkan teknologi sel stem.
> Sumber:
> Ferreira, L. et al. 2008. Peluang baru: Penggunaan nanotechnologies untuk memanipulasi dan menjejaki sel stem. Sel Stem Cell 3: 136-146. doi: 10.1016 / j.stem.2008.07.020.