Nanopartiküller ve Kök Hücre Uygulamaları

Nanopartikülleri Kök Hücrelerle Birletiren Uygulamalar

Kök hücreleri kullanarak (terapötik klonlama gibi) nanoteknoloji ve biyomedikal tedaviler biyoteknolojik araştırmaların en yeni damarlarındandır. Daha da yakın zamanlarda, bilim adamları bu ikisini evlendirmenin yollarını bulmaya başlamışlardır. 2003 yılından bu yana, nanoteknoloji ve kök hücreler kombine örnekleri bilimsel dergilerde birikim yapıyor. Kök hücre araştırmasında nanoteknoloji için potansiyel uygulamalar sayısız olmakla birlikte, üç ana kategori kullanımlarına tahsis edilebilir:

• izleme veya etiketleme
• teslimat
• iskele / platformlar

Bazı nanoparçacikler 1990'lardan beri kozmetik / cilt bakımı sunumu, ilaç sunumu ve etiketleme gibi uygulamalar için kullanılmaktadır. Kantum noktaları, karbon nanotüpleri ve manyetik nanopartiküller gibi farklı türde nanopartiküllerin, somatik hücreler veya mikroorganizmalar üzerinde denenmesi kök hücre araştırmasının başlatıldığı arka planı sağlamıştır. Nanofiberlerin hazırlanması için ilk patentin 1934'te kaydedildiği az bilinen bir gerçektir. Bu lifler sonunda 70 yıl sonra kök hücre kültürü ve transplantasyon için iskelelerin temelini oluşturacaktır.

Kök Hücrelerin Görselleştirilmesi MRI ve SPIO parçacıkları kullanılarak

manyetik rezonans görüntüleme (MR) için nanoparçacıkların uygulamaları üzerine yapılan araştırmalar, kök hücre terapötiklerini izlemeye ihtiyaç duyuldu. . Bu uygulama için ortak bir seçim, süperparamanyetik demir oksit (SPIO) nanopartiküller olup, MRI görüntülerinin kontrastını arttırır.

Bazı demir oksitler FDA tarafından onaylanmıştır. Farklı parçacık türleri dışta farklı polimerlerle kaplanır, genellikle bir karbonhidrattır. MR etiketleme, nanoparçacıkların kök hücre yüzeyine bağlanmasıyla veya kök hücresi tarafından partikülün endositoz veya fagositoz yoluyla alınmasına neden olarak yapılabilir.

Nanopartiküller, kök hücrelerinin sinir sisteminde nasıl göç ettiğine dair bilgimize katkıda bulunmuştur.

Kuantum Nokta Kullanılarak Etiketleme

Kuantum noktaları (Qdot'lar), ışık yayan ve çoğunlukla kadmiyum içeren, periyodik tablonun II-VI. Gruplarından atomlardan oluşan nano ölçekli kristallerdir. Bunlar, fotostabilite ve uzun ömür yüzünden boyalar gibi bazı diğer tekniklerden hücreleri görselleştirmek için daha iyi 'dur. Bu aynı zamanda kök hücrelerin farklılaşması sürerken hücresel dinamikleri incelemek için kullanılmasına izin verir.

Qdot'lar kök hücrelerle SPIO / MRI'dan daha kısa bir geçmişe sahiptir ve yalnızca tüm hayvanlarda onları izlemek için özel ekipman olması gereği nedeniyle şimdiye kadar in vitro kullanılmıştır.

Genetik Kontrol için Nükleotid Teslimi

Genetik kontroller, DNA veya siRNA kullanılarak, özellikle farklılaşmalarını yönlendirmek için, kök hücrelerdeki hücresel işlevleri kontrol eden için yararlı bir araç olarak ortaya çıkmaktadır.Nanopartiküller, kansere yol açan mutasyonlar uyandırmak gibi tüm organizmalarda komplikasyonlara neden olan retrovirüsler gibi geleneksel olarak kullanılan viral vektörlerin yerini almak için kullanılabilir. Nanopartiküller, immünojeniklik, mutajenite veya toksisite riski düşük olan kök hücrelerinin transfeksiyonu için daha ucuz, daha kolay üretilebilir bir vektör sunar.

Popüler bir yaklaşım, DNA ve RNA molekülleri ile etkileşime giren katiyonik polimerlerin kullanılmasıdır. hedefli dağıtım veya planlanan yayın gibi özelliklere sahip akıllı polimerlerin geliştirilmesi için de bir yer var. Farklı fonksiyonel gruplara sahip olan karbon nanotüpleri, memeli hücrelerinde ilaç ve nükleik asit verimi için de test edilmiştir, ancak kök hücrelerinde kullanımı büyük oranda araştırılmamıştır.

Kök Hücre Ortamını En İyileştirme

Kök hücre araştırmalarında önemli bir çalışma alanı hücre dışı çevrenin ve hücrenin dışındaki koşulların farklılaşma, göç, yapışma ve diğer aktivitelerin kontrolü için nasıl sinyal gönderdiğidir. hücre dışı matris (ECM) , kollajen, elastin ve proteoglikan gibi hücreler tarafından salınan moleküllerden oluşur. Oluşturdukları bu atılımların ve kimyanın özellikleri, kök hücre aktivitelerine yön verir.

Nanopartiküller, kök hücreler üzerindeki etkilerini incelemek için, ECM'yi taklit eden farklı desenli topoğrafyaları mühendislik yapmak için kullanılmıştır.

Kök hücre tedavileri ile karşılaşılan önemli bir komplikasyon, enjekte edilen hücrelerin hedef dokulara yapışmasının başarısız olmasıdır. Nanoscale iskele , engraftrasyon işlemine yardımcı olarak hücre sağkalımını arttırır. Poli (laktik asit) (PLA) gibi sentetik polimerlerden ya da kollajen, ipek proteini ya da kitosan'ın doğal polimerlerinden döndürülen nanofiberler, kök ve progenitör hücrelerin hizalanması için kanallar sağlar. Nihai hedef, hangi iskelet kompozisyonunun kök hücrelerin uygun yapışmasını ve çoğalmasını en iyi şekilde teşvik ettiğini belirlemek ve bu tekniği kök hücre transplantasyonlarında kullanmaktır. Bununla birlikte, nanofiberlerde yetişen hücrelerin morfolojisinin diğer medyada yetişen hücrelerden farklı olabileceği ve az sayıda in vivo çalışmada rapor edildiği görülüyor.

Kök Hücrelere Nanopartikül Zehirliliği

Tüm biyomedikal keşiflerde olduğu gibi, bu uygulamalar için in vivo (insanlarda), nanopartiküllerin kullanılması FDA'nın onayını gerektirir. Kök hücre uygulamaları için nanoparçacıkların potansiyelinin bulunmasıyla yeni bulguları test etmek ve nanopartikül toksisitesine olan ilgisini arttırmak için klinik deneyler için artan bir talep geldi.

SPIO nanoparçacıklarının toksisitesi büyük ölüde incelenmiştir. Çoğunlukla toksik görünmüyorlardı, ancak bir çalışma kök hücrelerin farklılaşması üzerinde bir etki olduğunu önermektedir. Bununla birlikte, toksisiteye nanoparçacıklar veya transfeksiyon ajanı / bileşiği neden olup olmadığı konusunda bazı belirsizlikler bulunmaktadır.

Qdots için zehirlilik verileri azdır, ancak orada hangi veriler kabul edilmemektedir.Bazı çalışmalar kök hücre morfolojisi, proliferasyonu ve farklılaşması üzerinde olumsuz bir etkisi olmadığını bildirirken bazıları anormallik bildirmektedir. Test sonuçlarındaki farklılıklar, nanoparçacıkların veya hedef hücrelerin farklı kompozisyonlarına atfedilebildiğinden, neyin güvenli ve neyin bulunmadığının ve hangi hücrelerin türleri için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Bilinen şey, oksitlenmiş kadmiyumun (Cd2 +), hücrelerin mitokondri üzerindeki etkisinden dolayı zehirli olabileceğidir. Bu, Qdot bozunması sırasında reaktif oksijen türlerinin salınmasıyla daha da karmaşık hale gelir.

Karbon nanotüpler genellikle şekillerine, boyutlarına, yoğunluğuna ve yüzey bileşimine bağlı olarak genotoksik görünür ve hücrelerdeki reaktif oksijen türlerinin üretilmesine katkıda bulunabilir.

Nanopartiküller, küçük boyutları ve hücrelere nüfuz etme kabiliyeti nedeniyle, yeni biyomedikal teknikler için araçlar vaat ediyor. Araştırma ilerlemeleri, kök hücre işlevlerini kontrol eden faktörler hakkındaki bilgilerimize katkıda bulunmaya devam ederse, kök hücrelerle birlikte nanoparçacıklar için yeni uygulamalar keşfedilecek gibi görünüyor. Kanıtlar, bazı uygulamaların diğerlerine göre daha yararlı veya daha güvenli olabileceğini düşündürse de, kök hücre teknolojilerini geliştirmek ve geliştirmek için nanopartiküllerin kullanılması için muazzam bir potansiyel var.

Kaynak:

Ferreira, L. ve ark. Yeni fırsatlar: Kök hücreleri manipüle etmek ve izlemek için nanoteknolojilerin kullanımı. Hücre Kök Hücresi 3: 136-146. doi: 10. 1016 / j. kök. 2008. 07. 020.