Nanopartikkelit ja kantasolututkimukset

Nanopartikkeleita ja kantasoluja yhdistävät sovellukset

Nanoteknologia ja biolääketieteelliset hoitomuodot, joissa käytetään kantasoluja (kuten terapeuttinen kloonaus) ovat uusimpia bioteknologian tutkimuksen suoneja. Vielä hiljattain tiedemiehet ovat alkaneet löytää keinoja mennä naimisiin näiden kahden kanssa. Vuodesta 2003 alkaen tieteellisissä aikakauslehdissä on kertynyt esimerkkejä nanoteknologiasta ja kantasoluista. Vaikka mahdolliset nanoteknologian sovellukset kantasolututkimuksessa ovat lukemattomia, voidaan käyttää kolmea pääluokkaa niiden käyttötarkoitukseen:

• seuranta tai merkinnät
• toimitus
• telineet / alustat

Tietyt nanopartikkelit ovat olleet käytössä 1990-luvulta, esimerkiksi kosmetiikan / ihonhoitotuotannon, lääkeaineiden toimittamisen ja merkintöjen muodossa. Kokeilemalla eri tyyppisiä nanopartikkeleita, kuten kvanttipisteitä, hiilinanoputkia ja magneettisia nanopartikkeleita somaattisilla soluilla tai mikro-organismeilla, on saatu tausta, josta kantasolututkimus on käynnistetty. On vähän tiedossa, että ensimmäinen patentti nanokuitujen valmistusta varten kirjattiin vuonna 1934. Nämä kuidut tulevat lopulta pohjaksi kantasoluviljelmien ja -siirtolaitteiden perustuksille - yli 70 vuotta myöhemmin.

Tutkimus nanopartikkeleista

magneettiresonanssikuvantaminen (MRI) on vaivannut tarve seurata kantasolujen terapeuttisia aineita . Yleinen valinta tähän sovellukseen on superparamagneettinen rautaoksidi (SPIO)-nanopartikkelit, jotka parantavat MRI-kuvien kontrastia. FDA on jo hyväksynyt joitain rautaoksideja. Eri hiukkastyypit pinnoitetaan eri polymeereillä, yleensä hiilihydraatilla. MRI-merkintä voidaan tehdä kiinnittämällä nanohiukkaset kantasolupintaan tai aiheuttamalla hiukkasen sisääntulo kantasoluilla endosytoosin tai fagosytoosin kautta.

Nanopartikkelit ovat auttaneet lisäämään tietämystämme siitä, kuinka kantasolut siirtyvät hermojärjestelmään.

Merkinnät kvanttipisteillä

Kvanttipisteet (Qdots) ovat nanomittakaavaisia ​​kiteitä, jotka lähettävät valoa ja jotka koostuvat ajoittaisen taulukon ryhmistä II-VI olevista atomeista, joissa on usein kadmiumia. Ne ovat

parempi solujen visualisoimiseksi kuin tietyt muut tekniikat, kuten väriaineet, koska niiden fotostability ja pitkäikäisyys. Tämä sallii niiden käytön myös solun dynamiikan tutkimiseen, kun kantasolujen erilaistuminen on käynnissä. Qdotsilla on lyhyempi kokemus kantasolujen käytöstä kuin SPIO / MRI ja niitä on käytetty vain in vitro tähän mennessä, koska vaatimus erikoislaitteista on niiden seuranta koko eläimillä.

Geneettisen kontrollin nukleotidin toimittaminen

Geneettiset kontrollit, DNA: n tai siRNA: n avulla, nousevat käyttökelpoisena työkaluna

solujen toimintojen ohjaamiseen kantasoluissa, erityisesti niiden erilaistumisen ohjaamiseksi.Nanopartikkeleita voidaan käyttää korvaamaan perinteisesti käytettyjä virusvektoreita, kuten retroviruksia, jotka ovat vaikuttaneet komplikaatioiden aiheuttami- seen koko organismissa, kuten syövän johtavien mutaatioiden indusoimiseksi. Nanopartikkelit tarjoavat halvemman, helpommin tuotettavan vektorin kantasolujen transfektiota varten, ja niillä on pienempi immunogeenisuuden, mutageenisuuden tai toksisuuden riski. Suosittu lähestymistapa on käyttää kationisia polymeerejä, jotka ovat vuorovaikutuksessa DNA- ja RNA-molekyylien kanssa. On myös tilaa kehittää älykkäitä polymeerejä, joiden ominaisuudet ovat esimerkiksi

kohdennetut toimitukset tai suunniteltua julkaisua . Hiilinanoputkia, joilla on erilaisia ​​funktionaalisia ryhmiä, on myös testattu lääkkeen ja nukleiinihappojen tuottamiseksi nisäkässoluille, mutta niiden käyttöä kantasoluissa ei ole tutkittu suuressa määrin. Kantasolujen optimointi

Kantasolututkimuksessa merkittävä tutkimusalue on ekstrasellulaarisessa ympäristössä ja miten solujen ulkopuoliset olosuhteet lähettävät signaaleja eriyttämisen, muuttoliikkeen, adheesion ja muiden toimintojen ohjaamiseksi.

ekstrasellulaarinen matriisi (ECM) , koostuu molekyyleistä, joita solut eristävät, kuten kollageeni, elastiini ja proteoglykaani. Näiden erittimien ja niiden luomien kemikaalien ominaisuudet antavat suuntaa kantasoluaktiviteeteille. Nanopartikkeleita on käytetty erilaisten kuvioidun topografian suunnittelussa, jotka jäljittelevät ECM: ää, tutkimaan niiden vaikutuksia kantasoluihin.

Kantasoluterapiaan liittyvä suuri komplikaatio on ollut ruiskutettujen solujen epäonnistuminen kudosten kohdistamiseen. Nanoscale

rakennustelineet parantavat solujen eloonjäämistä auttamalla liimaprosessia. Synteettisistä polymeereistä, kuten poly (maitohappo) (PLA), tai kollageenin, silkkiproteiinin tai kitosaanin luonnollisista polymeereistä kehitetyt nanokuidut tarjoavat kanavia varsi- ja progenitorisolujen kohdistamiseen. Lopullinen tavoite on selvittää, mikä tukirakenteinen koostumus parhaiten edistää kantasolujen todellista adheesiota ja lisääntymistä ja käyttää tätä tekniikkaa kantasolujen siirroille. Näyttää kuitenkin siltä, ​​että nanofibrilla kasvatettujen solujen morfologia saattaa erota soluista, jotka on kasvatettu muilla väliaineilla, ja muutamia in vivo -tutkimuksia on raportoitu. Nanopartikkeleiden myrkyllisyys kantasoluihin

Kuten kaikkien biolääketieteellisten löydösten kohdalla, näiden nanoteknologioiden käyttö

in vivo (ihmisillä) vaatii FDA: n hyväksynnän. Kun nanohiukkasten potentiaali löytyy kantasolusovelluksille, on tullut kasvava kysyntä kliinisissä tutkimuksissa uusien löydösten testaamiseksi ja kiinnostuksen lisäämiseksi nanohiukkasten myrkyllisyydelle. Spatio-nanopartikkeleiden

myrkyllisyyttä on tutkittu suurelta osin. Suurimmaksi osaksi ne eivät ole ilmenneet myrkyllisiksi, mutta yksi tutkimus on ehdottanut vaikutusta kantasolujen erilaistumiseen. On kuitenkin vielä epäselvää, onko nanohiukkasten tai transfektoivien aineiden / yhdisteiden aiheuttama toksisuus. Myrkyllisyystiedot Qdots

on vähäinen, mutta mitä tietoja ei ole kaikki samaa mieltä.Joillakin tutkimuksilla ei ole havaittu haittavaikutuksia kantasolumorfologiaan, lisääntymiseen ja erilaistumiseen, kun taas toiset raportoivat epänormaaleja. Erot testituloksissa saattavat johtua nanopartikkeleiden tai kohdesolujen erilaisista koostumuksista, joten tarvitaan paljon enemmän tutkimusta, mikä on turvallista ja mikä ei ole, ja minkä tyyppisten solujen osalta. Tiedetään, että hapetettu kadmium (Cd2 +) voi olla myrkyllinen sen vaikutuksesta solujen mitokondrioihin. Tätä vaikeuttaa edelleen reaktiivisten happilajien vapautuminen Qdot-hajoamisen aikana. Hiilinanoputket näyttävät olevan yleensä genotoksisia riippuen niiden muodoista, koosta, pitoisuudesta ja pintarakenteesta, ja ne voivat osaltaan vaikuttaa solujen reaktiivisten happilajien generaatioon.

Nanopartikkelit ovat lupaavia työkaluja uusille biolääketieteellisille tekniikoille niiden pienen koon ja kyvyn tunkeutua soluihin. Koska tutkimustyö lisää edelleen tietämystämme kantasolutoimintoja ohjaavista tekijöistä, on todennäköistä, että uudet nanohiukkasten sovellukset, yhdessä kantasolujen kanssa, löydetään. Vaikka todisteet osoittavat, että jotkut sovellukset osoittautuvat hyödyllisiksi tai turvallisemmiksi kuin toiset, on olemassa valtava potentiaali käyttää nanohiukkasia parantamaan ja parantamaan kantasolusteknologioita. Lähde:

Ferreira, L. et ai. 2008. Uudet mahdollisuudet: Nanoteknologian käyttö kantasolujen manipuloimiseen ja seurantaan. Solujen kantasolu 3: 136-146. doi: 10. 1016 / j. varsi. 2008. 07. 020.