- 追跡またはラベリング
- 配達
- 足場/プラットフォーム
特定のナノ粒子は、化粧品/スキンケア送達、薬物送達およびラベリングのような用途のために、1990年代から使用されている。 体細胞または微生物上の量子ドット、カーボンナノチューブおよび磁性ナノ粒子などの異なるタイプのナノ粒子を用いた実験は、幹細胞研究が開始された背景を提供した。 これは、ナノファイバーの最初の特許が1934年に記録されたということは知られていません。これらのファイバーは最終的に幹細胞培養と移植のための足場の基礎になります。
MRIとSPIO粒子を用いた幹細胞の可視化
幹細胞治療法を追跡する必要性によって、 磁気共鳴イメージング（MRI）用のナノ粒子の応用に関する研究が進められている。 この用途のための一般的な選択は、MRI画像のコントラストを高める超常磁性酸化鉄（SPIO）ナノ粒子である。
いくつかの酸化鉄はすでにFDAによって承認されています。 異なる種類の粒子は、外側に異なるポリマー、通常は炭水化物でコーティングされています。 MRI標識は、ナノ粒子を幹細胞表面に付着させることによって、またはエンドサイトーシスまたは食作用を介して幹細胞による粒子の取り込みを引き起こすことによって行うことができる。
ナノ粒子は、幹細胞が神経系においてどのように移動するかに関する我々の知識を増やす助けとなった。
量子ドットによるラベリング
量子ドット（量子ドット）は、光を放出し、しばしばカドミウムを組み込んだ周期律表のII〜VI族の原子からなるナノスケールの結晶である。 それらは、その光安定性および寿命のために、色素などの特定の他の技術よりも細胞を視覚化するために優れている 。 これはまた、幹細胞の分化が進行中である間に細胞動態を研究するためのそれらの使用を可能にする。
Qドットは、SPIO / MRIよりも幹細胞で使用するための追跡記録が短く、動物全体を追跡する特別な装置が必要であるため、今まではインビトロでしか使用されていませんでした。
遺伝的制御のためのヌクレオチド送達
DNAやsiRNAを用いた遺伝子制御は、幹細胞の細胞機能を制御するため、特にそれらの分化を指示するための有用なツールとして浮上しています。 ナノ粒子は、癌に至る突然変異誘発のような生物全体において合併症を引き起こすことに関与しているレトロウイルスのような伝統的に使用されるウイルスベクターを置換するために使用することができる。 ナノ粒子は、免疫原性、突然変異誘発性または毒性のリスクがより低い、幹細胞のトランスフェクションのために、より安価で、より容易に生産可能なベクターを提供する。
一般的なアプローチは、DNAおよびRNA分子と相互作用するカチオン性ポリマーを使用することである。 また、 スマートポリマーの開発のためのスペースもあり、 標的送達または予定放出などの特徴がある。 異なる官能基を有するカーボンナノチューブもまた、哺乳動物細胞への薬物送達および核酸送達について試験されているが、それらの幹細胞における使用は、大部分は調べられていない。
幹細胞環境の最適化
幹細胞研究における重要な研究領域は、細胞外環境の研究領域であり、細胞外の条件が分化、移動、接着および他の活動の制御のためのシグナルをどのように送達するかである。 細胞外マトリックス（ECM）は 、コラーゲン、エラスチン、およびプロテオグリカンなどの細胞によって分泌される分子からなる。 これらの排泄物の性質およびそれらが作り出す環境の化学的性質は、幹細胞の活動の方向性を提供する。
ナノ粒子は、幹細胞に対するそれらの効果を研究するために、ECMを模倣する異なるパターン化されたトポグラフィを設計するために使用されてきた。
幹細胞療法で遭遇する主な合併症は、注入された細胞が標的組織に移植することができなかったことである。 ナノスケール足場は、生着プロセスを助けることによって細胞生存を改善する。 ポリ乳酸（PLA）などの合成ポリマー、またはコラーゲン、シルクタンパク質またはキトサンの天然ポリマーから紡糸されたナノファイバーは、幹細胞および前駆細胞の整列のためのチャネルを提供する。 最終的な目標は、足場組成が幹細胞の適切な接着および増殖を最も促進するかを決定し、この技術を幹細胞移植に使用することである。 しかし、ナノファイバー上で増殖した細胞の形態は、他の培地上で増殖した細胞とは異なる可能性があり、インビボ研究はほとんど報告されていない。
幹細胞に対するナノ粒子の毒性
すべての生物医学的発見と同様に、インビボ （ヒト） におけるこれらの用途のためのナノ粒子の使用は、FDAの承認を必要とする。 幹細胞応用のためのナノ粒子の可能性の発見により、新しい発見を試験し、 ナノ粒子の毒性への関心が高まる臨床試験への需要が高まっている。
SPIOナノ粒子の毒性は、大部分が研究されている。 ほとんどの場合、それらは毒性を示さなかったが、1つの研究が幹細胞の分化に及ぼす影響を示唆している。 しかし、毒性がナノ粒子またはトランスフェクション剤/化合物によって引き起こされたかどうかについては依然として不確実性がある。
量子ドットの毒性データはほとんどありませんが、そこにあるデータはすべてが一致するわけではありません。 いくつかの研究は、幹細胞の形態、増殖、および分化に悪影響を及ぼさないことを報告し、他の研究は異常を報告している。 試験結果の違いは、ナノ粒子または標的細胞の異なる組成に起因する可能性があるため、安全で何がないか、およびどのタイプの細胞について確立するためにはるかに多くの研究が必要である。 知られていることは、酸化カドミウム（Cd2 +）が細胞のミトコンドリアへの影響のために有毒であり得ることである。 これは、Qdot分解中の活性酸素種の放出によってさらに複雑になる。
カーボンナノチューブは、その形状、大きさ、濃度および表面組成に依存して、一般に遺伝毒性であるようであり、細胞内の活性酸素種の生成に寄与する可能性がある。
ナノ粒子は、その小さなサイズおよび細胞に浸透する能力のために、新しい生物医学技術のための有望なツールである。 研究の進歩が幹細胞機能を制御する因子の知識を増やし続けているため、幹細胞と協力してナノ粒子の新しい応用が発見される可能性が高い。 いくつかのアプリケーションが他のものよりも有用で安全であることが示唆されているが、ナノ粒子を使って幹細胞技術を強化し改善する可能性は非常に高い。
>出典：
> Ferreira、L.et al。 新たな機会：幹細胞を操作し追跡するためのナノテクノロジーの使用。 Cell Stem Cell 3：136-146。 doi：10.1016 / j.stem.2008.07.020。