- izleme veya etiketleme
- teslim
- iskele / platformlar
Bazı nanopartiküller, kozmetik / cilt bakımı, ilaç verme ve etiketleme gibi uygulamalar için 1990'lardan beri kullanılmaktadır. Somatik hücreler veya mikroorganizmalar üzerinde kuantum noktaları, karbon nanotüpler ve manyetik nanopartiküller gibi farklı nanopartikül türleri ile yapılan deneyler, kök hücre araştırmalarının başlatıldığı bir zemin sağladı. Nanofiberlerin hazırlanması için ilk patentin 1934'te kaydedildiği bilinen bir gerçektir. Bu lifler sonunda kök hücre kültürü ve nakli için iskelelerin temelleri haline gelecekti - 70 yıl sonra.
MRI ve SPIO Parçacıklarını Kullanarak Kök Hücrelerini Görüntüleme
Manyetik rezonans görüntüleme (MRI) için nanopartiküllerin uygulamaları üzerinde araştırma kök hücre terapötikleri izlemek için ihtiyaç tarafından itilmiştir. Bu uygulama için ortak bir seçim, MR görüntülerin kontrastını arttıran süperparamanyetik demir oksit (SPIO) nanopartikülleridir.
Bazı demir oksitler FDA tarafından onaylanmıştır. Farklı tipte parçacıklar, dışta, genellikle bir karbonhidratta farklı polimerler ile kaplanır. MRI etiketlemesi, nano partikülleri kök hücre yüzeyine takılarak veya partikülün endositoz veya fagositoz yoluyla kök hücre tarafından alınmasına neden olarak yapılabilir.
Nanopartiküller, kök hücrelerin sinir sisteminde nasıl göç ettiğine dair bilgilerimize yardımcı oldular.
Kuantum Noktaları Kullanarak Etiketleme
Kuantum noktalar (Qdots), ışığı yayan ve çoğunlukla kadmiyum içeren, periyodik tablonun II-VI gruplarından atomlardan oluşan nano ölçekli kristallerdir. Hücreleri , fotostabiliteleri ve uzun ömürlülüklerinden dolayı boyalar gibi diğer tekniklerden daha iyi görselleştirmek için daha iyidirler. Bu ayrıca, kök hücrelerin farklılaşması devam ederken, hücresel dinamikleri çalışmak için kullanımlarına izin verir.
Qdots'un kök hücreleri SPIO / MRI'dan daha kısa bir sicile sahip ve tüm hayvanlarda bunları izlemek için özel ekipman gereksinimi nedeniyle şimdiye kadar sadece in vitro olarak kullanıldı.
Genetik Kontrol için Nükleotid Teslimat
DNA veya siRNA kullanan genetik kontroller, kök hücrelerde, özellikle farklılaşmalarını yönlendirmek için hücresel fonksiyonları kontrol etmek için yararlı bir araç olarak ortaya çıkmaktadır. Nanoparçacıklar, retrovirüsler gibi geleneksel olarak kullanılan viral vektörlerin yerini almakta olup, bunlar, kansere yol açan mutasyonların meydana getirilmesi gibi tüm organizmalarda komplikasyonlara neden olmakla ilişkilendirilmiştir. Nanoparçacıklar, daha düşük bir immünojenisite, mutajenite veya toksisite riski ile, kök hücrelerin transfeksiyonu için daha ucuz ve daha kolay üretilebilir bir vektör sunar.
Popüler bir yaklaşım, DNA ve RNA molekülleri ile etkileşime giren katyonik polimerler kullanmaktır. Hedeflenen teslimat veya planlanan sürüm gibi özelliklere sahip akıllı polimerlerin geliştirilmesi için de yer vardır. Farklı fonksiyonel gruplara sahip karbon nanotüpler ayrıca memeli hücrelerine ilaç ve nükleik asit verilmesi için test edilmiştir, ancak kök hücrelerde kullanımları büyük ölçüde araştırılmamıştır.
Kök Hücre Ortamını İyileştirme
Kök hücre araştırmalarında önemli bir çalışma alanı, hücre dışı çevre ve hücrenin dışındaki koşulların, farklılaşma, göç, adezyon ve diğer faaliyetlerin kontrolü için sinyal göndermesidir. Hücre dışı matris (ECM) , kollajen, elastin ve proteoglikan gibi hücreler tarafından salgılanan moleküllerden oluşur. Bu atılımların ve yarattıkları ortamın kimyasının özellikleri, kök hücre aktivitelerine yön verir.
Nanopartiküller, kök hücreler üzerindeki etkilerini incelemek için ECM'yi taklit eden farklı desenli topoğrafyaların mühendisliğini yapmak için kullanılmıştır.
Kök hücre terapileri ile karşılaşılan majör bir komplikasyon, enjekte edilen hücrelerin hedef dokulara yapışması için başarısızlığı olmuştur. Nano ölçekli iskeleler , aşılama sürecine yardımcı olarak hücre yaşamını iyileştirir. Poli (laktik asit) (PLA) veya kollajen, ipek proteini veya kitosanın doğal polimerleri gibi sentetik polimerlerden bükülmüş nanolifler, sap ve progenitör hücrelerin hizalanması için kanallar sağlar. Nihai amaç, hangi iskele kompozisyonunun, kök hücrelerin düzgün yapışmasını ve proliferasyonunu en iyi şekilde teşvik ettiğini ve kök hücre transplantasyonları için bu tekniği kullanmasını belirlemektir. Bununla birlikte, nano lifler üzerinde büyüyen hücrelerin morfolojisi diğer ortamlarda yetiştirilen hücrelerden farklı olabilir ve in vivo çalışmalarda az sayıda rapor edilmiştir.
Kök Hücrelere Nanoparçacık Toksisitesi
Tüm biyomedikal keşiflerde olduğu gibi, bu uygulamalarda in vivo (insanlarda) için nanopartiküllerin kullanılması FDA'nın onaylanmasını gerektirir. Kök hücre uygulamaları için nanopartiküllerin potansiyelinin keşfi ile, yeni keşifleri test etmek ve nanoparçacık toksisitesine olan ilgiyi artırmak için klinik denemeler için artan bir talep geldi.
SPIO nanopartiküllerin toksisitesi büyük ölçüde incelenmiştir. Çoğunlukla, toksik görünmediler, ancak bir çalışma kök hücrelerin farklılaşması üzerinde bir etki önerdi. Bununla birlikte, toksisitenin nano partiküller veya transfeksiyon maddesi / bileşiğinden kaynaklanıp kaynaklanmadığı konusunda hala bir belirsizlik vardır.
Qdots için toksisite verileri azdır, ancak hangi veriler var ki, hepsi aynı fikirde değildir. Bazı çalışmalar kök hücre morfolojisi, proliferasyonu ve farklılaşması üzerine olumsuz bir etki bildirmezken, diğerleri anormallikleri rapor eder. Test sonuçlarındaki farklılıklar, nanopartiküllerin veya hedef hücrelerin farklı bileşimlerine atfedilebilir, bu nedenle güvenli ve neyin bulunmadığını ve ne tür hücreler için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Bilindiği üzere okside edilmiş kadmiyum (Cd2 +), hücrelerin mitokondri üzerindeki etkisinden dolayı toksik olabilir. Bu, Qdot yıkımı sırasında reaktif oksijen türlerinin salınmasıyla daha da karmaşıklaşır.
Karbon nanotüpleri genellikle şekil, boyut, konsantrasyon ve yüzey kompozisyonuna bağlı olarak genotoksik gibi görünmektedir ve hücrelerdeki reaktif oksijen türlerinin üretilmesine katkıda bulunabilir.
Nanopartiküller, küçük boyutlarına ve hücrelere nüfuz etme yeteneklerine bağlı olarak yeni biyomedikal teknikler için umut verici araçlardır. Kök hücre fonksiyonlarını kontrol eden faktörler hakkındaki bilgimize ilave olarak araştırma ilerledikçe, kök hücrelerle uyumlu olarak nanopartiküllerin yeni uygulamalarının keşfedilebileceği muhtemeldir. Kanıtlar, bazı uygulamaların, diğerlerine göre daha yararlı veya daha güvenli olduğu ortaya çıkarsa da, kök hücre teknolojilerini geliştirmek ve iyileştirmek için nanopartiküller kullanmak için çok büyük bir potansiyel vardır.
> Kaynak:
> Ferreira, L. ve diğ. 2008. Yeni fırsatlar: Kök hücrelerini manipüle etmek ve izlemek için nanoteknolojilerin kullanımı. Hücre Kök Hücre 3: 136-146. doi: 10.1016 / j.stem.2008.07.020.