Nanodeeltjes en stamceltoepassingen

Toepassingen die nanodeeltjes combineren met stamcellen

Nanotechnologie en biomedische behandelingen die stamcellen gebruiken (zoals therapeutisch klonen) behoren tot de nieuwste aderen van biotechnologisch onderzoek. Nog recentere, wetenschappers zijn begonnen met manieren om met de twee te trouwen. Sinds ongeveer 2003 zijn voorbeelden van nanotechnologie en stamcellen samengevoegd in wetenschappelijke tijdschriften. Hoewel de potentiële toepassingen voor nanotechnologie bij stamcellen onderzoek ontelbaar zijn, kunnen drie hoofdcategorieën worden toegewezen aan hun gebruik:

- 9 ->

• tracking of etikettering
• levering
• steiger / platforms

Bepaalde nanodeeltjes zijn sinds de jaren negentig gebruikt, voor toepassingen zoals cosmetische / huidverzorging, medicijnen en etikettering. Experimentatie met verschillende soorten nanodeeltjes zoals kwantumstippen, koolstofnanobuizen en magnetische nanopartikels, op somatische cellen of micro-organismen, heeft de achtergrond verschaft waaruit stamcellenonderzoek is gelanceerd. Het is een klein bekend feit dat het eerste octrooi voor de bereiding van nanofibers werd opgenomen in 1934. Deze vezels zouden uiteindelijk de basis vormen voor steigers voor stamcelcultuur en transplantatie - meer dan 70 jaar later.

Onderzoek naar de toepassingen van nanodeeltjes voor

magnetische resonantiebeeldvorming (MRI)

is geduwd door de noodzaak om stamceltherapieën te volgen . Een algemene keuze voor deze applicatie is superparamagnetische ijzeroxide (SPIO) nanodeeltjes, die het contrast van MRI-beelden verbeteren. Sommige ijzeroxiden zijn al door de FDA goedgekeurd. De verschillende soorten deeltjes zijn bekleed met verschillende polymeren aan de buitenkant, meestal een koolhydraat. MRI-etikettering kan worden gedaan door de nanodeeltjes aan het stamcellenoppervlak te bevestigen of door het opnemen van het deeltje door de stamcel door endocytose of fagocytose te veroorzaken.

Nanopartikels hebben bijgedragen aan onze kennis van hoe stamcellen migreren in het zenuwstelsel.

Etiketten met behulp van Quantum Dots

Quantum Dots (Qdots) zijn nano-schaalkristallen die licht uitstralen en bestaan ​​uit atomen uit groepen II-VI van de periodieke tabel, die vaak cadmium bevatten. Ze zijn

beter voor het visualiseren van cellen

dan bepaalde andere technieken zoals kleurstoffen, vanwege hun fotostabiliteit en levensduur. Dit laat hun gebruik ook toe om cellulaire dynamiek te bestuderen, terwijl de differentiatie van stamcellen aan de gang is. Qdots hebben een kortere track record voor gebruik met stamcellen dan SPIO / MRI en zijn tot nu toe nog in vitro gebruikt, omdat er speciale apparatuur nodig is om deze in hele dieren te volgen. Nucleotide Levering voor Genetische Beheer

Genetische controles, waarbij DNA of siRNA gebruikt wordt, komt tot uiting als een nuttig instrument voor

controle van cellulaire functies

in stamcellen, met name voor het directie van hun differentiatie.Nanopartikels kunnen worden gebruikt om de traditioneel gebruikte virale vectoren te vervangen, zoals retrovirussen, die betrokken zijn bij het veroorzaken van complicaties in hele organismen, zoals inducerende mutaties die tot kanker leiden. Nanopartikels bieden een goedkopere, gemakkelijker te produceren vector voor transfectie van stamcellen, met een lager risico op immunogeniciteit, mutageniciteit of toxiciteit. Een populaire aanpak is het gebruik van kationische polymeren die interactie hebben met DNA- en RNA-moleculen. Er is ook ruimte voor de ontwikkeling van slimme polymeren, met eigenschappen zoals gerichte levering

of geplande release . Koolstofnanorubes met verschillende functionele groepen zijn ook getest op de levering van geneesmiddelen en nucleïnezuur in zoogdiercellen, maar hun gebruik in stamcellen is niet in grote mate onderzocht. Het optimaliseren van de stamcelomgeving Een belangrijk gebied van studie bij stamcelonderzoek is dat van de extracellulaire omgeving en hoe de toestanden buiten de cel signalen verzenden voor de controle van differentiatie, migratie, adhesie en andere activiteiten. De

extracellulaire matrix (ECM)

bestaat uit moleculen die gescheiden worden door cellen zoals collageen, elastine en proteoglycan. De eigenschappen van deze uitscheidingen en chemie van het milieu dat zij creëren, geven richting aan stamcelactiviteiten. Nanopartikels zijn gebruikt om verschillende patroon topografieën te ontwerpen die de ECM nabootsen om hun effecten op stamcellen te bestuderen. Een belangrijke complicatie die met stamceltherapieën is geconfronteerd, is het mislukken van geïnjecteerde cellen om in te trekken om weefsels te richten. Nanoscale

steigers

verbetert celoverleving door het engrafting proces te ondersteunen. Nanofibers gespin van synthetische polymeren zoals poly (melkzuur) (PLA), of natuurlijke polymeren van collageen, zijdeproteïne of chitosan, bieden kanalen voor het uitlijnen van stam- en stamcellen. Het uiteindelijke doel is om te bepalen welke scaffold samenstelling de beste adhesie en proliferatie van de stamcellen bevordert en deze techniek voor stamceltransplantaties te gebruiken. Het blijkt echter dat de morfologie van cellen die op nanofibers worden gegroeid, verschillen van cellen die op andere media zijn gegroeid, en er zijn weinig in vivo studies gemeld. Toxiciteit voor nanotartica bij stamcellen Zoals bij alle biomedische ontdekkingen is het gebruik van nanodeeltjes voor deze applicaties

in vivo

(bij mensen) de goedkeuring van de FDA. Met de ontdekking van het potentieel van nanodeeltjes voor stamceltoepassingen is er een toenemende vraag naar klinische proeven om de nieuwe ontdekkingen te testen en de belangstelling voor nanodeeltjes toxiciteit te verhogen. De toxiciteit van SPIO nanodeeltjes

is in grote mate bestudeerd. Voor het grootste deel zijn ze niet toxisch verschenen, maar één studie heeft een effect op de differentiatie van stamcellen voorgesteld. Er bestaat echter nog wat onzekerheid over de vraag of toxiciteit door de nanodeeltjes of de transfectie-agent / verbinding is veroorzaakt. Toxiciteitsgegevens voor Qdots

is schaars, maar welke gegevens zijn er niet allemaal mee eens.Sommige studies geven geen nadelige effecten op stamcellemorfologie, proliferatie en differentiatie, terwijl anderen abnormaliteiten rapporteren. De verschillen in testresultaten kunnen worden toegeschreven aan de verschillende samenstellingen van de nanodeeltjes of doelcellen. Daarom is veel meer onderzoek nodig om vast te stellen wat veilig is en wat niet en voor welke soorten cellen. Wat bekend is, is dat geoxideerd cadmium (Cd2 +) giftig kan zijn vanwege het effect ervan op de mitochondria van cellen. Dit wordt verder gecompliceerd door de afgifte van reactieve zuurstofspesies tijdens Qdot-afbraak. Koolstofnanubussen lijken meestal genotoxisch te zijn, afhankelijk van hun vorm, grootte, concentratie en oppervlakte samenstelling, en kunnen bijdragen aan de generatieve reactieve zuurstofsoorten in cellen.

Nanopartikels zijn veelbelovende hulpmiddelen voor nieuwe biomedische technieken, door hun kleine grootte en vermogen om cellen door te dringen. Aangezien de onderzoeksvooruitzichten doorgaan met onze kennis van de factoren die stamcelfuncties beheersen, is het waarschijnlijk dat nieuwe applicaties voor nanodeeltjes, in overleg met stamcellen, worden ontdekt. Hoewel het bewijs suggereert dat sommige toepassingen nuttig of veiliger zullen zijn dan andere, is er enorm potentieel voor het gebruik van nanodeeltjes om stamceltechnologieën te verbeteren en te verbeteren. Bron:

Ferreira, L. et al. 2008. Nieuwe mogelijkheden: Het gebruik van nanotechnologieën om stamcellen te manipuleren en op te sporen. Celstamcellus 3: 136-146. doi: 10. 1016 / j. stam. 2008. 07. 020.