นาโนเทคโนโลยีและเซลล์ต้นกำเนิด

แอพพลิเคชันที่ใช้อนุภาคนาโนกับเซลล์ต้นกำเนิด

เทคโนโลยีนาโนเทคโนโลยีและการบำบัดทางชีววิทยาโดยใช้เซลล์ต้นกำเนิด (เช่นการโคลนบำบัด) เป็นหนึ่งในหลอดเลือดดำล่าสุดในการวิจัยทางชีวภาพ เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิทยาศาสตร์ได้เริ่มหาวิธีที่จะแต่งงานกับทั้งสองคน ตั้งแต่ปี 2546 เป็นต้นมาตัวอย่างของนาโนเทคโนโลยีและเซลล์ต้นกำเนิดได้ถูกรวบรวมไว้ในวารสารทางวิทยาศาสตร์ ในขณะที่การประยุกต์ใช้นาโนเทคโนโลยีในการวิจัยเซลล์ต้นกำเนิดเป็นไปได้นับไม่ถ้วนสามารถกำหนดประเภทหลัก ๆ ได้ 3 ประเภทคือ:

บางส่วนของอนุภาคนาโนมีการใช้ตั้งแต่ปี 1990 สำหรับการใช้งานเช่นการจัดส่งเครื่องสำอาง / ผิวหนังการจัดส่งยาเสพติดและการติดฉลาก การทดลองกับอนุภาคนาโนชนิดต่างๆเช่นจุดควอนตัมท่อนาโนคาร์บอนและอนุภาคนาโนแม่เหล็กบนเซลล์โซมาติกหรือจุลินทรีย์ได้ให้ข้อมูลเบื้องหลังการค้นคว้าวิจัยเกี่ยวกับเซลล์ต้นกำเนิด เป็นความจริงที่ทราบกันดีว่าสิทธิบัตรแรกสำหรับการเตรียมแผ่น nanofibers ได้รับการบันทึกไว้ในปีพ. ศ. 2477 เส้นใยเหล่านี้จะกลายเป็นรากฐานของโครงสำหรับการเพาะเลี้ยงเซลล์ต้นกำเนิดและการปลูกถ่ายมากกว่า 70 ปีต่อมา

• การวิจัยเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้อนุภาคนาโนสำหรับการถ่ายภาพด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (MRI)
• ได้รับการผลักดันจากความต้องการในการติดตามการบำบัดด้วยเซลล์ต้นกำเนิด
• การตรวจหาเซลล์ต้นกำเนิดโดยใช้อนุภาคของ MRI และ SPIO . ทางเลือกสำหรับโปรแกรมนี้คือ superparamagnetic เหล็กออกไซด์ (SPIO) อนุภาคนาโนซึ่งจะช่วยเพิ่มความคมชัดของภาพ MRI

เหล็กออกไซด์บางชนิดได้รับการรับรองจาก FDA แล้ว อนุภาคต่างๆจะเคลือบด้วยโพลีเมอร์ที่ต่างกันด้านนอกโดยปกติจะเป็นคาร์โบไฮเดรต การติดฉลาก MRI สามารถทำได้โดยยึดอนุภาคนาโนไว้กับผิวเซลล์ต้นกำเนิดหรือทำให้เกิดการดูดซึมของอนุภาคโดยเซลล์ต้นกำเนิดผ่าน endocytosis หรือ phagocytosis

อนุภาคนาโนช่วยเพิ่มความรู้ของเราเกี่ยวกับวิธีที่เซลล์ต้นกำเนิดอพยพในระบบประสาท

การติดฉลากโดยใช้จุดควอนตัม

จุดควอนตัม (Qdots) คือผลึกที่ทำจากนาโนซึ่งเปล่งแสงและประกอบไปด้วยอะตอมจากกลุ่ม II-VI ของตารางธาตุซึ่งมักประกอบด้วยแคดเมี่ยม พวกเขากำลังดีกว่า สำหรับการมองเห็นเซลล์ กว่าเทคนิคอื่น ๆ เช่นสีย้อมเนื่องจากความสว่างและอายุการใช้งานของพวกเขา นอกจากนี้ยังช่วยให้พวกเขาใช้สำหรับการศึกษาพลวัตของเซลล์ในขณะที่ความแตกต่างของเซลล์ต้นกำเนิดอยู่ระหว่างดำเนินการ

Qdots มีประวัติที่สั้นกว่าสำหรับการใช้งานกับเซลล์ต้นกำเนิดกว่า SPIO / MRI และมีการใช้ในหลอดทดลองเพียงอย่างเดียวเนื่องจากความต้องการอุปกรณ์พิเศษในการติดตามสัตว์ทั้งตัว

การควบคุมพันธุกรรมโดยใช้ดีเอ็นเอหรือ siRNA เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์สำหรับ

การควบคุมการทำงานของเซลล์

ในเซลล์ต้นกำเนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการกำหนดทิศทางของพวกเขาอนุภาคนาโนสามารถใช้เพื่อแทนที่เวกเตอร์ไวรัสที่ใช้กันทั่วไปเช่น retroviruses ซึ่งมีส่วนเกี่ยวข้องในการก่อให้เกิดภาวะแทรกซ้อนในสิ่งมีชีวิตทั้งหมดเช่นทำให้เกิดการกลายพันธุ์ที่นำไปสู่มะเร็ง อนุภาคนาโนเสนอเวกเตอร์ที่ผลิตได้ง่ายและราคาไม่แพงสำหรับการถ่ายเทเซลล์ต้นกำเนิดซึ่งมีความเสี่ยงต่อการสร้างภูมิคุ้มกันการกลายพันธุ์หรือความเป็นพิษต่ำ

วิธีที่นิยมคือการใช้โพลิเมอร์ประจุบวกที่มีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลดีเอ็นเอและอาร์เอ็นเอ นอกจากนี้ยังมีห้องสำหรับพัฒนาโพลิเมอร์สมาร์ทด้วยคุณสมบัติต่างๆเช่น การจัดส่งที่กำหนดเป้าหมาย หรือ

การปล่อยตามกำหนดเวลา

ท่อนาโนคาร์บอนที่มีกลุ่มที่แตกต่างกันได้รับการทดสอบเพื่อการส่งมอบยาและกรดนิวคลีอิกเข้าไปในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แต่การใช้เซลล์ต้นกำเนิดไม่ได้รับการตรวจสอบในระดับใหญ่

การเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์ต้นกำเนิด พื้นที่สำคัญในการวิจัยเซลล์ต้นกำเนิดคือสภาพแวดล้อมภายนอกเซลล์และวิธีการที่สภาพภายนอกเซลล์ส่งสัญญาณเพื่อควบคุมความแตกต่างการย้ายถิ่นการยึดเกาะและกิจกรรมอื่น ๆ เมทริกซ์ extracellular matrix (ECM)

ประกอบด้วยโมเลกุลที่หลั่งออกจากเซลล์เช่นคอลลาเจนอิลาสตินและ proteoglycan คุณสมบัติของการขับถ่ายและเคมีของสิ่งแวดล้อมที่พวกมันสร้างขึ้นให้แนวทางในการทำกิจกรรมของเซลล์ต้นกำเนิด อนุภาคนาโนใช้ในการออกแบบภูมิประเทศที่มีลวดลายแตกต่างกันซึ่งเลียนแบบ ECM เพื่อศึกษาผลกระทบของเซลล์ต้นกำเนิด ภาวะแทรกซ้อนที่สำคัญที่เกิดขึ้นกับการรักษาด้วยเซลล์ต้นกำเนิดคือความล้มเหลวของเซลล์ที่ฉีดเข้าไปในเนื้อเยื่อเป้าหมาย โครงกระดูกนาโน ช่วยเพิ่มอัตราการรอดชีวิตของเซลล์โดยการช่วยขั้นตอนการกลึงประดิษฐ์ Nanofibres spun จากโพลิเมอร์สังเคราะห์เช่น poly (lactic acid) (PLA) หรือโพลิเมอร์ธรรมชาติของคอลลาเจนโปรตีนไหมหรือไคโตซานทำให้เป็นช่องสำหรับจัดตำแหน่งของลำต้นและเซลล์ต้นกำเนิด เป้าหมายสูงสุดคือการกำหนดว่าองค์ประกอบของสเกิร์ตที่ดีที่สุดส่งเสริมการยึดติดและการงอกของเซลล์ต้นกำเนิดที่เหมาะสมและใช้เทคนิคนี้ในการปลูกถ่ายเซลล์ต้นกำเนิด อย่างไรก็ตามปรากฏว่าลักษณะทางสัณฐานวิทยาของเซลล์ที่ปลูกในนาโนไฟเบอร์อาจแตกต่างจากเซลล์ที่ปลูกในสื่ออื่น ๆ และมีรายงานการศึกษาในร่างกายเพียงไม่กี่ราย ความเป็นพิษของอนุภาคนาโนต่อเซลล์ต้นกำเนิด

เช่นเดียวกับการค้นพบทางการแพทย์ทั้งหมดการใช้อนุภาคนาโนสำหรับการใช้งานเหล่านี้

ในร่างกาย (ในมนุษย์) ต้องได้รับการอนุมัติจากองค์การอาหารและยา ด้วยการค้นพบศักยภาพของอนุภาคนาโนสำหรับการใช้งานเซลล์ต้นกำเนิดจึงมีความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการทดลองทางคลินิกเพื่อทดสอบการค้นพบใหม่และเพิ่มความสนใจในความเป็นพิษของอนุภาคนาโน ความเป็นพิษของ

อนุภาคนาโน SPIO

ได้รับการศึกษาในระดับมากแล้ว ส่วนใหญ่พวกเขาไม่ได้ปรากฏเป็นพิษ แต่การศึกษาชิ้นหนึ่งได้เสนอแนะถึงผลแตกต่างของเซลล์ต้นกำเนิด อย่างไรก็ตามยังคงมีความไม่แน่นอนว่าความเป็นพิษเกิดจากอนุภาคนาโนหรือสารการถ่ายเท / สารประกอบ ข้อมูลความเป็นพิษ Qdots

ไม่ค่อยมี แต่ข้อมูลที่มีทั้งหมดไม่สอดคล้องกันการศึกษาบางชิ้นรายงานว่าไม่มีผลข้างเคียงต่อสัณฐานวิทยาการขยายตัวและความแตกต่างของเซลล์ต้นกำเนิดขณะที่คนอื่นรายงานความผิดปกติ ความแตกต่างในผลการทดสอบอาจเกิดจากส่วนประกอบที่แตกต่างกันของอนุภาคนาโนหรือเซลล์เป้าหมายดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อสร้างสิ่งที่ปลอดภัยและสิ่งที่ไม่ได้และสำหรับเซลล์ประเภทใด สิ่งที่เป็นที่รู้จักกันคือแคดเมียมออกซิไดซ์ (Cd2 +) อาจเป็นพิษเนื่องจากมีผลต่อ mitochondria ของเซลล์ นี่เป็นเรื่องที่ซับซ้อนมากขึ้นโดยการปลดปล่อยออกซิเจนในช่วงที่มีการย่อยสลายแบบ Qdot

ท่อนาโนคาร์บอน มีลักษณะเป็นสารพันธุกรรมโดยทั่วไปขึ้นอยู่กับรูปร่างขนาดความเข้มข้นและองค์ประกอบของพื้นผิวและอาจมีส่วนช่วยในการสร้างอนุภาคออกซิเจนในเซลล์ อนุภาคนาโนเป็นเครื่องมือที่มีแนวโน้มสำหรับเทคนิคทางการแพทย์ใหม่เนื่องจากมีขนาดเล็กและสามารถเจาะเซลล์ได้ ขณะที่ความก้าวหน้าด้านการวิจัยยังคงเพิ่มความรู้ของเราเกี่ยวกับปัจจัยที่ควบคุมการทำงานของเซลล์ต้นกำเนิดมีความเป็นไปได้ที่การค้นพบ nanoparticles ใหม่ ๆ ร่วมกับเซลล์ต้นกำเนิด ในขณะที่หลักฐานแสดงให้เห็นว่าโปรแกรมประยุกต์บางอย่างจะกลายเป็นประโยชน์มากขึ้นหรือปลอดภัยกว่าคนอื่น ๆ มีศักยภาพมหาศาลในการใช้อนุภาคนาโนเพื่อปรับปรุงและปรับปรุงเทคโนโลยีเซลล์ต้นกำเนิด

ที่มา: Ferreira, L. et al. 2008 โอกาสใหม่: การใช้นาโนเทคโนโลยีในการจัดการและติดตามเซลล์ต้นกำเนิด เซลล์ต้นกำเนิด 3: 136-146 doi: 10.1016 / j. ก้านดอก 2008. 07. 020.