- تتبع أو وضع العلامات
- توصيل
- سقالة / منصات
تم استخدام بعض الجسيمات النانوية منذ عام 1990 ، لتطبيقات مثل تقديم الرعاية التجميلية / للعناية بالبشرة وتسليم الأدوية ووضع العلامات. وقد وفر التجريب مع أنواع مختلفة من الجسيمات النانوية مثل النقاط الكمومية وأنابيب الكربون النانوية والجسيمات النانوية المغناطيسية ، على الخلايا الجسدية أو الكائنات الحية الدقيقة ، الخلفية التي بدأت من خلالها أبحاث الخلايا الجذعية. ومن الحقائق غير المعروفة أن براءة الاختراع الأولى لإعداد ألياف النانو قد تم تسجيلها في عام 1934. وقد أصبحت هذه الألياف في نهاية المطاف أساسًا للسقالات المستخدمة في زراعة الخلايا الجذعية وزرعها - بعد مرور أكثر من 70 عامًا.
تصور الخلايا الجذعية باستخدام جزيئات الرنين المغناطيسي والبويضة
وقد دفعت البحوث على تطبيقات الجسيمات النانوية للتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) من خلال الحاجة لتتبع العلاجات الخلايا الجذعية. الاختيار الشائع لهذا التطبيق هو أكسيد الحديد الفائق superparamagnetic (SPIO) ، والذي يعزز من تباين صور التصوير بالرنين المغناطيسي.
بعض أكاسيد الحديد تمت الموافقة عليها بالفعل من قبل FDA. يتم طلاء أنواع مختلفة من الجسيمات مع بوليمرات مختلفة في الخارج ، وعادة ما تكون كربوهيدرات. يمكن وضع العلامات التصوير بالرنين المغناطيسي عن طريق ربط الجسيمات النانوية على سطح الخلايا الجذعية أو يسبب امتصاص الجسيم عن طريق الخلايا الجذعية من خلال الالتقام أو البلعمة.
لقد ساعدت الجسيمات النانوية على زيادة معرفتنا بكيفية تهاجر الخلايا الجذعية في الجهاز العصبي.
وصفها باستخدام النقاط الكمومية
النقاط الكمومية (Qdots) هي عبارة عن بلورات نانوية النطاق تنبعث منها الضوء وتتكون من ذرات من مجموعات II-VI من الجدول الدوري ، وغالبًا ما تحتوي على الكادميوم. هم أفضل لتصور الخلايا من بعض التقنيات الأخرى مثل الأصباغ ، بسبب صوامعها وطول عمرها. هذا يسمح أيضا استخدامها لدراسة ديناميكيات الخلوية في حين تمايز الخلايا الجذعية في التقدم.
تمتلك Qdots سجلاً أقصر للاستخدام مع الخلايا الجذعية من SPIO / MRI ، وقد استخدمت فقط في المختبر حتى الآن ، بسبب الحاجة إلى معدات خاصة لتتبعها في الحيوانات الكاملة.
تسليم النوكليوتيدات للسيطرة الجينية
تظهر الضوابط الجينية ، باستخدام الحمض النووي الريبي أو siRNA ، كأداة مفيدة للتحكم في الوظائف الخلوية في الخلايا الجذعية ، خاصة لتوجيه تمايزها. يمكن استخدام الجسيمات النانوية لتحل محل النواقل الفيروسية المستخدمة تقليديًا ، مثل الفيروسات القهقرية ، التي تورطت في التسبب في حدوث مضاعفات في الكائنات الكاملة مثل حث الطفرات المؤدية إلى السرطان. تقدم الجسيمات النانوية ناقل أقل تكلفة وأكثر سهولة للإنتاج لحدوث ترنسفكأيشن من الخلايا الجذعية ، مع انخفاض خطر المناعة أو الطفرات أو السمية.
الطريقة الشائعة هي استخدام البوليمرات الكاتيونية التي تتفاعل مع جزيئات الدنا والرنا. هناك أيضًا مساحة لتطوير البوليمرات الذكية ، مع ميزات مثل التسليم المستهدف أو الإطلاق المجدول . كما تم اختبار الأنابيب النانوية الكربونية ذات المجموعات الوظيفية المختلفة لإيصال الأدوية وحمض النوى إلى خلايا الثدييات ، ولكن لم يتم التحقيق في استخدامها في الخلايا الجذعية إلى حد كبير.
تحسين بيئة الخلايا الجذعية
هناك مجال كبير للدراسة في أبحاث الخلايا الجذعية يتمثل في البيئة خارج الخلية وكيف ترسل الظروف خارج الخلية إشارات للتحكم في التمايز والهجرة والالتصاق وأنشطة أخرى. تتكون المصفوفة خارج الخلية (ECM) من جزيئات تفرزها خلايا مثل الكولاجين والإيلاستين والبروتيوغليكان. خصائص هذه الإفرازات والكيمياء للبيئة التي تخلقها ، توفر الاتجاه لأنشطة الخلايا الجذعية.
تم استخدام الجسيمات النانوية لتصميم الطوبوغرافيات المنقوشة بشكل مختلف والتي تحاكي ECM ، لدراسة تأثيراتها على الخلايا الجذعية.
من المضاعفات الرئيسية التي واجهتها علاجات الخلايا الجذعية هو فشل الخلايا المحقونة في التحريض على الأنسجة المستهدفة. السقالات النانوية تحسن بقاء الخلايا من خلال مساعدة عملية engrafting. الألياف النانوية المغزولة من البوليمرات الاصطناعية مثل البولي (حمض اللاكتيك) (PLA) ، أو البوليمرات الطبيعية للكولاجين ، بروتين الحرير أو الشيتوزان ، توفر قنوات لمحاذاة الخلايا الجذعية والسلفية. الهدف النهائي هو تحديد تركيبة السقالة التي تشجع على أفضل التصاق صحيح وانتشار الخلايا الجذعية واستخدام هذه التقنية لزرع الخلايا الجذعية. ومع ذلك ، يبدو أن مورفولوجية الخلايا المزروعة على ألياف نانوية قد تختلف عن الخلايا المزروعة على وسائط أخرى ، وقد تم الإبلاغ عن القليل من الدراسات المجراة.
السمية النانوية إلى الخلايا الجذعية
كما هو الحال مع جميع الاكتشافات الطبية الحيوية ، يتطلب استخدام الجسيمات النانوية لهذه التطبيقات في الجسم الحي (لدى البشر) موافقة إدارة الأغذية والأدوية FDA. مع اكتشاف إمكانات الجسيمات النانوية لتطبيقات الخلايا الجذعية ، فقد جاء الطلب المتزايد على التجارب السريرية لاختبار الاكتشافات الجديدة وزيادة الاهتمام بالسمية النانوية .
تم دراسة سمية الجسيمات النانوية SPIO إلى حد كبير. بالنسبة للجزء الأكبر ، فإنها لم تظهر سامة ، ولكن دراسة واحدة قد أشارت إلى تأثير على تمايز الخلايا الجذعية. ومع ذلك ، لا يزال هناك بعض عدم اليقين بشأن ما إذا كان سبب السمية من الجسيمات النانوية أو عامل ترنسفكأيشن / مركب.
تعد بيانات السمية الخاصة بشركة Qdots شحيحة ، لكن ما هي البيانات الموجودة هناك لا تتفق جميعها. تشير بعض الدراسات إلى عدم وجود آثار ضارة على مورفولوجيا الخلايا الجذعية ، والانتشار ، والتمييز ، في حين أن آخرين يبلغون عن حالات غير طبيعية. يمكن أن تعزى الاختلافات في نتائج الاختبار إلى التركيبات المختلفة للجسيمات النانوية أو الخلايا المستهدفة ، ولذلك يلزم إجراء المزيد من الأبحاث لتحديد ما هو آمن وما هو غير ضروري ، ولأي نوع من الخلايا. ما هو معروف هو أن الكادميوم المؤكسد (Cd2 +) يمكن أن يكون سامًا بسبب تأثيره على الميتوكوندريا في الخلايا. ويزداد الأمر تعقيدا بسبب إطلاق أنواع الأكسجين التفاعلية خلال تدهور Qdot.
يبدو أن الأنابيب النانوية الكربونية هي سمية عامة ، اعتمادًا على شكلها وحجمها وتركيزها وتكوينها السطحي ، ويمكن أن تسهم في توليد أنواع الأكسجين التفاعلية في الخلايا.
الجسيمات النانوية هي أدوات واعدة لتقنيات الطب الحيوي الجديدة ، نظرا لصغر حجمها وقدرتها على اختراق الخلايا. ومع استمرار تقدم الأبحاث في إدراكنا للعوامل التي تتحكم في وظائف الخلايا الجذعية ، فمن المرجح أن يتم اكتشاف تطبيقات جديدة للجسيمات النانوية ، بالتنسيق مع الخلايا الجذعية. في حين تشير الأدلة إلى أن بعض التطبيقات سوف تصبح أكثر فائدة أو أكثر أمانًا من غيرها ، هناك إمكانية هائلة لاستخدام الجسيمات النانوية لتحسين وتحسين تقنيات الخلايا الجذعية.
> المصدر:
> Ferreira، L. et al. 2008. فرص جديدة: استخدام تقنيات النانو للتلاعب وتتبع الخلايا الجذعية. Cell Stem Cell 3: 136-146. دوى: 10.1016 / j.stem.2008.07.020.