Nanotehnoloogia ja tüvirakkude rakendused

Nanotehnoloogia ja biomeditsiinilised ravi, kasutades tüvirakke (nagu terapeutiline kloonimine), kuuluvad biotehnoloogiliste uuringute uusimate veenide hulka. Veel hiljuti on teadlased hakanud leidma viise nende kahe abielu sõlmimiseks. Alates 2003. aastast on teaduslikes ajakirjades akumuleerunud näited nanotehnoloogia ja tüvirakkude kohta. Kuigi nanotehnoloogia potentsiaalsed rakendused tüviraku-uuringutes on lugematud, võib nende kasutamiseks kasutada kolme peamist kategooriat:

Mõningaid nanosakesi on juba alates 1990ndatest kasutatud selliste rakenduste jaoks nagu kosmeetika / nahahoolduse tarne, ravimite tarnimine ja märgistamine. Erinevate nanoosakestega katsed, nagu näiteks kvanteeritud punktid, süsiniku nanotorud ja magnetilised nanoosakesed, on somaatilistes rakkudes või mikroorganismides katsetanud tüvirakkude uurimistulemusi. Vähem tuntud asjaolu, et nanofiibrite valmistamise esimene patent registreeriti 1934. aastal. Nendeks kiududeks sai lõpuks tüviraku kultuurid ja siirdamine juba 70 aastat hiljem.

MRI ja SPIO osakeste kasutamine tüvirakkude visualiseerimiseks

Magnetresonantstomograafia (MRI) nanodartiklite rakenduste uurimist on tunginud vajadus jälgida tüvirakkude ravimeid. Selle rakenduse ühiseks otstarbeks on superparamagnetilised raudoksiid (SPIO) nanoosakesed, mis suurendavad MRI kujutiste kontrastsust.

Mõned raudoksiidid on juba heaks kiidetud FDA poolt. Erinevad osakesed on kaetud välimiste erinevate polümeeridega, tavaliselt süsivesikutega. MRI märgistamine võib toimuda nanoosakeste kinnitamisega tüvirakkude pinnale või osakese sissevõtmisega tüvirakkude kaudu endotsütoos või fagotsütoos.

Nanoosakesed on aidanud meie teadmisi sellest, kuidas tüvirakud migreeruvad närvisüsteemis.

Märgistamine kasutades Quantum Dots

Quantum-punktid (Qdots) on nanoosakeste kristallid, mis kiirgavad valgust ja koosnevad perioodilisuse tabelist II-VI rühma aatomitest, mis sageli sisaldavad kaadmiumi. Need on paremini nähtavad rakkude kui teatavate muude tehnikate nagu värvid, sest nende fotostabiilsus ja pikaealisus. See võimaldab ka nende kasutamist rakulise dünaamika uurimiseks, samal ajal kui tüvirakkude diferentseerumine toimub.

Qdotsil on lühem tüvirakkude kasutamine kui SPIO / MRI-l ja neid on seni kasutatud in vitro, kuna spetsiaalsete seadmete nõudmine nende jälgimiseks tervetel loomadel.

Nukleotiidi kohaletoimetamine geneetiliseks kontrolliks

Geneetilised kontrollid, kasutades DNA-d või siRNA-d , kujunevad kasulikuks vahendiks tüvirakkude rakkude funktsioonide kontrollimiseks , eriti nende diferentseerimise suunamiseks. Nanoosakesi saab kasutada tavapäraselt kasutatud viiruse vektorite nagu retroviiruste asendamiseks, mis on seotud tüsistuste tekitamisega tervetes organismides, nagu vähktõve põhjustavate mutatsioonide indutseerimine. Nanoosakesed pakuvad tüvirakkude transfekteerimiseks odavamat, kergemini valmistatavat vektorit, millel on väiksem immunogeensuse, mutageensuse või toksilisuse oht.

Populaarne lähenemine on kasutada katioonseid polümeere, mis interakteeruvad DNA ja RNA molekulidega. Samuti on ruumi arukate polümeeride väljatöötamiseks , millel on sellised funktsioonid nagu sihtotstarbeline kohaletoimetamine või plaaniline väljaanne . Erinevate funktsionaalrühmadega süsiniku nanotorusid on ka testitud ravimite ja nukleiinhapete manustamisel imetajarakkudesse, kuid nende kasutamist tüvirakkudes ei ole uuritud suures ulatuses.

Tüvirakkude keskkonna optimeerimine

Tüvirakkude uurimise oluliseks uurimisvaldkonnaks on rakuväline keskkond ja kuidas rajatised väljastpoolt saadavad signaale diferentseerumise, rände, adhesiooni ja muude tegevuste kontrollimiseks. Rakuväline maatriks (ECM) koosneb molekulidest, mida sekreteerivad sellised rakud nagu kollageen, elastiin ja proteoglükaan. Nende väljaheidete omadused ja nende poolt loodud keskkonna keemia annavad suuna tüvirakkude aktiivsusele.

Nanoosakesi on kasutatud selleks, et uurida oma mõju tüvirakkudele, erineva kujuga topograafiaid, mis imiteerivad ECM-i.

Tüvirakuliste teraapiatega kaasnevad suured tüsistused on süstitavate rakkude suutmatus kudede sihtmärgile jõuda. Nanostkaalsed karkassid parandavad rakkude ellujäämist, toetades kleepimise protsessi. Sünteetilisi polümeere, nagu polü (piimhape) (PLA) või looduslikke kollageeni, siidivalgu või kitosaani polümeere, nanokarpid, mis pakuvad kanaleid varre ja eellasrakkude joondamiseks. Lõppeesmärk on määrata kindlaks, milline karkasskomponent kõige paremini soodustab tüvirakkude nõuetekohast nakkumist ja proliferatsiooni ja kasutab seda meetodit tüvirakkude siirdamiseks. Sellegipoolest tundub, et nanofiibriga kasvatatavate rakkude morfoloogia võib erineda teiste keskkondade kasvatatud rakkudest ja on teatatud vähestest in vivo uuringutest.

Nanoosakeste toksilisus tüvirakkudele

Nagu kõigi biomeditsiiniliste avastuste puhul, on nendest kasutusviisidest nanopartiklite kasutamine in vivo (inimestel) vaja FDA heakskiitu. Tünnirakkude kasutamisega seotud nanoosakeste potentsiaali avastamisel on tekkinud üha suurenev nõudlus kliiniliste uuringute järele, et testida uusi avastusi ja suurendada nanoosakeste toksilisuse huvi.

SPIO nanoosakeste toksilisust on uuritud suures ulatuses. Enamasti ei ole nad toksilised, kuid üks uuring on näidanud mõju tüvirakkude diferentseerumisele. Siiski on endiselt mõningane ebakindlus selle suhtes, kas toksilisus on tingitud nanoosakestest või transfektsioonivahendist / ühendist.

Qdotide mürgisuse andmed on vähe, kuid millised andmed on kõik nõus. Mõnedes uuringutes ei ilmnenud kahjulikke mõjusid tüvirakkude morfoloogiale, proliferatsioonile ja diferentseerumisele, teised aga teatavad ebanormaalsusest. Katse tulemuste erinevused võivad olla tingitud nanoosakeste või sihtrakkude erinevatest koostistest, mistõttu on vaja palju rohkem uurida, et teha kindlaks, mis on ohutu ja mis ei ole ja milliste rakutüüpide puhul. Tuntud on see, et oksüdeeritud kaadmium (Cd2 +) võib olla toksiline, kuna see mõjutab rakkude mitokondreid. See on veelgi keerulisem kui reaktiivsete hapnikuühendite vabanemine Qdot lagunemise ajal.

Süsinikust nanotorud on üldiselt genotoksilised sõltuvalt nende kujust, suurusest, kontsentratsioonist ja pinna koostisest ning võivad kaasa aidata rakkude reaktiivsete hapniku liikide genereerimisele.

Nanoosakesed on uute biomeditsiinitehnoloogiate jaoks paljutõotavad vahendid nende väikese suuruse ja rakkude tungimise võime tõttu. Kuna teadusuuringute edusammud jätkuvalt täiendavad meie teadmisi tüvirakkude funktsioone kontrollivate tegurite kohta, on tõenäoline, et nanoosakeste uusi rakendusi, mis on kooskõlas tüvirakkudega, avastatakse. Kuigi tõendid viitavad sellele, et mõni rakendus osutub kasulikuks või ohutumaks kui teised, on nanotehnoloogiate kasutamisel tohutu potentsiaal tüvirakkude tehnoloogiate tõhustamiseks ja parandamiseks.

> Allikas:

> Ferreira, L. et al. 2008. Uued võimalused: nanotehnoloogiate kasutamine tüvirakkude manipuleerimiseks ja jälgimiseks. Rakutüve rakk 3: 136-146. doi: 10.1016 / j.stem.2008.07.020.