- rastreamento ou rotulagem
- Entrega
- andaime / plataformas
Certas nanopartículas estão em uso desde a década de 1990, para aplicações como a entrega de produtos cosméticos / cuidados com a pele, distribuição de medicamentos e rotulagem. A experimentação com diferentes tipos de nanopartículas , como pontos quânticos, nanotubos de carbono e nanopartículas magnéticas, em células somáticas ou microorganismos, forneceu o pano de fundo a partir do qual a pesquisa com células-tronco foi lançada. É um fato pouco conhecido que a primeira patente para a preparação de nanofibras foi registrada em 1934. Essas fibras acabariam por se tornar a base de andaimes para cultura e transplante de células-tronco - mais de 70 anos depois.
Visualizando Células-Tronco Usando Partículas MRI e SPIO
Pesquisas sobre as aplicações de nanopartículas para ressonância magnética (MRI) foram impulsionadas pela necessidade de rastrear a terapia com células-tronco. Uma escolha comum para esta aplicação são as nanopartículas de óxido de ferro superparamagnético (SPIO), que aumentam o contraste das imagens de ressonância magnética.
Alguns óxidos de ferro já foram aprovados pelo FDA. Os diferentes tipos de partículas são revestidos com diferentes polímeros do lado de fora, geralmente um carboidrato. A marcação por RM pode ser feita ligando-se as nanopartículas à superfície da célula-tronco ou causando a captação da partícula pela célula-tronco por endocitose ou fagocitose.
As nanopartículas ajudaram a aumentar nosso conhecimento sobre como as células-tronco migram no sistema nervoso.
Rotulagem usando pontos quânticos
Os pontos quânticos (Qdots) são cristais em escala nano que emitem luz e são compostos de átomos dos grupos II-VI da tabela periódica, incorporando muitas vezes cádmio. Eles são melhores para visualizar células do que certas outras técnicas, como corantes, devido à sua fotoestabilidade e longevidade. Isso também permite seu uso para estudar a dinâmica celular enquanto a diferenciação de células-tronco está em andamento.
Os Qdots têm um histórico mais curto para uso com células-tronco do que o SPIO / MRI e só foram usados in vitro até o momento, devido à necessidade de equipamentos especiais para rastreá-los em animais inteiros.
Entrega de nucleotídeos para controle genético
Controles genéticos, usando DNA ou siRNA , estão emergindo como uma ferramenta útil para o controle de funções celulares em células-tronco, particularmente para direcionar sua diferenciação. As nanopartículas podem ser usadas para substituir os vetores virais tradicionalmente usados, tais como os retrovírus, que têm sido implicados em causar complicações em organismos inteiros, tais como induzir mutações que levam ao câncer. As nanopartículas oferecem um vetor mais barato, mais facilmente producível para transfecção de células-tronco, com um menor risco de imunogenicidade, mutagenicidade ou toxicidade.
Uma abordagem popular é a utilização de polímeros catiônicos que interagem com moléculas de DNA e RNA. Há também espaço para o desenvolvimento de polímeros inteligentes , com recursos como entrega direcionada ou lançamento programado . Nanotubos de carbono com diferentes grupos funcionais também foram testados quanto à liberação de fármacos e ácidos nucléicos em células de mamíferos, mas seu uso em células-tronco não foi investigado em grande extensão.
Otimizando o Ambiente das Células-Tronco
Uma área de estudo significativa na pesquisa de células-tronco é a do ambiente extracelular e como as condições fora da célula enviam sinais para o controle da diferenciação, migração, adesão e outras atividades. A matriz extracelular (MEC) consiste em moléculas secretadas por células, como colágeno, elastina e proteoglicano. As propriedades dessas excreções e a química do ambiente que criam fornecem orientação para atividades de células-tronco.
As nanopartículas têm sido usadas para projetar topografias com padrões diferentes que imitam o ECM, para estudar seus efeitos nas células-tronco.
Uma das principais complicações encontradas nas terapias com células estaminais tem sido o fracasso das células injetadas em enxertar os tecidos alvo. Os andaimes em nanoescala melhoram a sobrevivência das células, auxiliando no processo de enxerto. Nanofibras produzidas a partir de polímeros sintéticos, como poli (ácido lático) (PLA), ou polímeros naturais de colágeno, proteína de seda ou quitosana, fornecem canais para o alinhamento de células-tronco e células progenitoras. O objetivo final é determinar qual composição de scaffold promove melhor adesão e proliferação das células-tronco e usar essa técnica para transplantes de células-tronco. No entanto, parece que a morfologia das células cultivadas em nanofibras pode diferir das células cultivadas em outros meios, e poucos estudos in vivo foram relatados.
Toxicidade de nanopartículas para células-tronco
Como com todas as descobertas biomédicas, o uso de nanopartículas para essas aplicações in vivo (em seres humanos) requer a aprovação do FDA. Com a descoberta do potencial das nanopartículas para aplicações de células-tronco, surgiu uma demanda crescente por testes clínicos para testar as novas descobertas e aumentar o interesse pela toxicidade das nanopartículas .
A toxicidade das nanopartículas de SPIO tem sido estudada em grande medida. Na maior parte, eles não pareciam tóxicos, mas um estudo sugeriu um efeito sobre a diferenciação de células-tronco. No entanto, ainda há alguma incerteza sobre se a toxicidade foi causada pelas nanopartículas ou pelo agente / composto de transfecção.
Os dados de toxicidade para Qdots são escassos, mas os dados que existem não estão todos de acordo. Alguns estudos relatam nenhum efeito adverso na morfologia, proliferação e diferenciação de células-tronco, enquanto outros relatam anormalidades. As diferenças nos resultados dos testes podem ser atribuídas às diferentes composições das nanopartículas ou células-alvo, portanto, muito mais pesquisas são necessárias para estabelecer o que é seguro e o que não é, e para quais tipos de células. O que se sabe é que o cádmio oxidado (Cd2 +) pode ser tóxico devido ao seu efeito sobre as mitocôndrias das células. Isto é ainda mais complicado pela liberação de espécies reativas de oxigênio durante a degradação de Qdot.
Os nanotubos de carbono parecem ser geralmente genotóxicos, dependendo de sua forma, tamanho, concentração e composição superficial, e podem contribuir para a geração de espécies reativas de oxigênio nas células.
As nanopartículas são ferramentas promissoras para novas técnicas biomédicas, devido ao seu pequeno tamanho e capacidade de penetrar nas células. Como os avanços da pesquisa continuam a aumentar o nosso conhecimento sobre os fatores que controlam as funções das células-tronco, é provável que novas aplicações para as nanopartículas, em conjunto com as células-tronco, sejam descobertas. Embora as evidências sugiram que algumas aplicações serão mais úteis ou mais seguras do que outras, existe um enorme potencial para o uso de nanopartículas para melhorar e melhorar as tecnologias de células-tronco.
> Fonte:
> Ferreira, L. et al. 2008. Novas oportunidades: O uso de nanotecnologias para manipular e rastrear células-tronco. Cell Stem Cell 3: 136-146. doi: 10.1016 / j.stem.2008.07.020.