- pelacakan atau pelabelan
- pengiriman
- perancah / platform
Nanopartikel tertentu telah digunakan sejak tahun 1990-an, untuk aplikasi seperti pengiriman kosmetik / perawatan kulit, pengiriman obat dan pelabelan. Eksperimen dengan berbagai jenis nanopartikel seperti titik-titik kuantum, nanotube karbon dan nanopartikel magnetik, pada sel somatik atau mikroorganisme, telah memberikan latar belakang dari penelitian sel induk yang telah diluncurkan. Ini adalah fakta yang sedikit diketahui bahwa paten pertama untuk pembuatan nanofibers tercatat pada tahun 1934. Serat-serat ini akhirnya akan menjadi fondasi scaffolds untuk kultur sel punca dan transplantasi — lebih dari 70 tahun kemudian.
Memvisualisasikan Stem Cells Menggunakan Partikel MRI dan SPIO
Penelitian tentang aplikasi nanopartikel untuk pencitraan resonansi magnetik (MRI) telah didorong oleh kebutuhan untuk melacak terapi sel induk. Pilihan umum untuk aplikasi ini adalah nanopartikel superparamagnetic iron oxide (SPIO), yang meningkatkan kontras gambar MRI.
Beberapa oksida besi telah disetujui oleh FDA. Berbagai jenis partikel dilapisi dengan polimer berbeda di luar, biasanya karbohidrat. Pelabelan MRI dapat dilakukan dengan melampirkan nanopartikel ke permukaan sel punca atau menyebabkan pengambilan partikel oleh sel punca melalui endositosis atau fagositosis.
Nanopartikel telah membantu menambah pengetahuan kita tentang bagaimana sel-sel induk bermigrasi dalam sistem saraf.
Pelabelan Menggunakan Quantum Dots
Quantum dots (Qdots) adalah kristal berskala nano yang memancarkan cahaya dan terdiri dari atom-atom dari grup II-VI dari tabel periodik, sering menggabungkan cadmium. Mereka lebih baik untuk memvisualisasikan sel daripada teknik tertentu lainnya seperti pewarna, karena fotostabilitas dan umur panjang mereka. Ini juga memungkinkan penggunaannya untuk mempelajari dinamika seluler sementara diferensiasi sel induk sedang berlangsung.
Qdots memiliki rekam jejak yang lebih pendek untuk digunakan dengan sel punca daripada SPIO / MRI dan hanya digunakan secara in vitro, karena persyaratan untuk peralatan khusus untuk melacak mereka pada hewan utuh.
Pengiriman Nukleotida untuk Kontrol Genetik
Kontrol genetik, menggunakan DNA atau siRNA , muncul sebagai alat yang berguna untuk mengendalikan fungsi seluler dalam sel induk, terutama untuk mengarahkan diferensiasi mereka. Nanopartikel dapat digunakan untuk menggantikan vektor virus yang digunakan secara tradisional, seperti retrovirus, yang telah terlibat dalam menyebabkan komplikasi pada seluruh organisme seperti menginduksi mutasi yang mengarah ke kanker. Nanopartikel menawarkan vektor yang lebih murah dan lebih mudah diproduksi untuk transfeksi sel punca, dengan risiko imunogenisitas yang lebih rendah, mutagenisitas atau toksisitas.
Pendekatan populer adalah dengan menggunakan polimer kationik yang berinteraksi dengan molekul DNA dan RNA. Ada juga ruang untuk pengembangan polimer pintar , dengan fitur seperti pengiriman yang ditargetkan atau rilis terjadwal . Karbon nanotube dengan kelompok-kelompok fungsional yang berbeda juga telah diuji untuk pengiriman obat dan asam nukleat ke sel mamalia, tetapi penggunaannya dalam sel induk belum diselidiki untuk sebagian besar.
Mengoptimalkan Lingkungan Sel Punca
Bidang studi yang signifikan dalam penelitian sel punca adalah lingkungan ekstraseluler dan bagaimana kondisi di luar sel mengirim sinyal untuk mengendalikan diferensiasi, migrasi, adhesi, dan aktivitas lainnya. Matriks ekstraseluler (ECM) , terdiri dari molekul yang disekresikan oleh sel-sel seperti kolagen, elastin, dan proteoglikan. Sifat-sifat ekskresi dan kimia lingkungan yang mereka ciptakan, memberikan arahan untuk aktivitas sel punca.
Nanopartikel telah digunakan untuk menciptakan topografi berpola berbeda yang meniru ECM, untuk mempelajari efeknya pada sel punca.
Komplikasi utama yang dihadapi dengan terapi sel punca adalah kegagalan sel yang diinjeksi untuk meng-engraft jaringan target. Scaffolds Nanoscale meningkatkan kelangsungan hidup sel dengan membantu proses pembuatan. Nanofibers berputar dari polimer sintetis seperti poli (asam laktat) (PLA), atau polimer alami kolagen, protein sutra atau kitosan, menyediakan saluran untuk penyelarasan sel induk dan progenitor. Tujuan utamanya adalah untuk menentukan komposisi perancah terbaik yang mempromosikan adhesi dan proliferasi sel punca dan menggunakan teknik ini untuk transplantasi sel punca. Namun, tampaknya morfologi sel yang tumbuh pada nanofibers mungkin berbeda dari sel yang tumbuh di media lain, dan beberapa penelitian in vivo telah dilaporkan.
Toksisitas Nanopartikel ke Sel Punca
Seperti halnya semua penemuan biomedis, penggunaan nanopartikel untuk aplikasi ini secara in vivo (pada manusia) memerlukan persetujuan dari FDA. Dengan penemuan potensi nanopartikel untuk aplikasi sel induk, telah muncul permintaan yang meningkat untuk uji klinis untuk menguji penemuan baru dan meningkatkan minat pada toksisitas nanopartikel .
Toksisitas nanopartikel SPIO telah dipelajari untuk sebagian besar. Untuk sebagian besar, mereka tidak tampak beracun, tetapi satu studi telah menunjukkan efek pada diferensiasi sel induk. Namun, masih ada beberapa ketidakpastian mengenai apakah toksisitas disebabkan oleh nanopartikel atau agen / senyawa transfeksi.
Data toksisitas untuk Qdots langka, tetapi data apa yang ada tidak semuanya setuju. Beberapa penelitian melaporkan tidak ada efek buruk pada morfologi sel induk, proliferasi, dan diferensiasi, sementara yang lain melaporkan kelainan. Perbedaan dalam hasil tes dapat dikaitkan dengan komposisi yang berbeda dari nanopartikel atau sel target, oleh karena itu lebih banyak penelitian diperlukan untuk menetapkan apa yang aman dan apa yang tidak, dan untuk jenis sel apa. Apa yang diketahui adalah bahwa kadmium teroksidasi (Cd2 +) dapat menjadi racun karena efeknya pada mitokondria sel. Ini semakin diperumit oleh pelepasan spesies oksigen reaktif selama degradasi Qdot.
Karbon nanotube tampaknya secara umum genotoksik, tergantung pada bentuk, ukuran, konsentrasi dan komposisi permukaan, dan mungkin berkontribusi pada generatif spesies oksigen reaktif dalam sel.
Nanopartikel adalah alat yang menjanjikan untuk teknik biomedis baru, karena ukurannya yang kecil dan kemampuan untuk menembus sel. Karena kemajuan penelitian terus menambah pengetahuan kita tentang faktor-faktor yang mengendalikan fungsi sel induk, kemungkinan aplikasi baru untuk nanopartikel, bersama dengan sel induk, akan ditemukan. Sementara bukti menunjukkan bahwa beberapa aplikasi akan menjadi lebih bermanfaat, atau lebih aman, daripada yang lain, ada potensi besar untuk menggunakan nanopartikel untuk meningkatkan dan meningkatkan teknologi sel induk.
> Sumber:
> Ferreira, L. et al. 2008. Peluang baru: Penggunaan teknologi nano untuk memanipulasi dan melacak sel induk. Cell Stem Cell 3: 136-146. doi: 10.1016 / j.stem.2008.07.020.