הטיפוח של תאים מחוץ לסביבה הטבעית שלהם נשאר טכניקה בסיסית במחקר ביו-רפואי, פיתוח תרופות, תרופות רגנרטיביות. שיטות תרבות תאים מסורתיות, בעוד שימושי מאוד, לעתים קרובות נופלת קצר של העתקת התאים הפיזיקליים המורכבים ניסיון ברקמות חיים. Flat plastic, מדיה סטטית, ומאקרו substrascaletes לא יכולים לחקות את הארכיטקטורה הננומטרית של חומצות תאיות נוספות (MEC) או את אותות דינמיים ששולטים על ידי תאים מתודולוגיים כדי לחקור תאים מסולקים.

במהלך שני העשורים האחרונים, ההתקדמות ב- nanofabrication, ננו-חומר סינתזזה, ועיצוב ביו-interface התאחדו לייצר פלטפורמות תרבות תאים עם דיוק חסר תקדים.פלטפורמות אלה מאפשרות למדענים ללמוד תהליכים תאיים בסיסיים כגון דבקות, הגירה, היחלשות, וסימן לסביבות תרבות ננו-תרגול גבוהות יותר.הם גם מאיצים את התפתחותם של מבנים רקמות-מחדשניים להשתלים, לדגימה, והופכים לדגימים יותר של מודלים טכנולוגיים יותר, כמו שגורמים יעילים יותר, כמו שגורמים בתחום המתקדמים יותר, כמו החידושים של מערכות ייצור יעיל יותר, כמו גם בתחום המתקדמים יותר, כמו החידושים של תרבות תאים.

הבנת ננוטכנולוגיה בקונטקסט של תרבות תאים

ננוטכנולוגיה מתייחסת לתכנון, לאופיון, לייצור וליישום של מבנים, מכשירים ומערכות על ידי שליטה על צורה וגודל בקנה מידה ננומטר - בדרך כלל בין 1 ל -100 ננומטרים. במדדים אלה, חומרים לעתים קרובות מציגים תכונות אופטיות, חשמליות, מגנטיות ומכניות שונות ממקביליהם העיקריים.עבור תרבות התא, תכונות ננומטריות אלה יכולות להיות ממות כדי ליצור תכונות שמתאימות לגודל של תאים תאיים כגון רכיבים CMtotic, כלומר, עם תבניות מולקולריות, עם תאים טופוגרפיים, עם תאים טופוגרפיים ותאים גרפיים, אשר מאפשר דיוקים עם תאים טופוגרפיים עם תאים טופוגרפיים.

nanomaterials המשמשים בתרבות התא כוללים צינורות פחמן (CNTs), גרפן ונגזרות שלה, חלקיקים זהב, חלקיקים קוונטיים, צינורות קוונטיים, ננופיברים פולימרניים, וננווטים אורגניים. כל אחד מהחומרים האלה מציע יתרונות נפרדים. לדוגמה, CNTs לספק ביצועים חשמליים גבוהים וכוח מכני, מה שהופך אותם מתאימים לתאים מוזהבים מעוררים כמו נוירונים וכרטיסי דם יכולים לשמש חומרים פגומים עבור חומרים פגומים של חומרים פגומים או חומרים פגומים.

ננונו סקאפרמס כמטריקים מלאכותיים

אחת האפליקציות המשפיעות ביותר של ננוטכנולוגיה בתרבות התא היא הפיתוח של ננו-מבנים מהונדסים. המבנים תלת-ממדיים אלה (3D) נועדו להחליף את מערכות התרבות המונו-ממדיות הקונבנציונאליות (2D) השולטות ברוב המעבדות. Scaffolds ניתן למרקם מפולימרים טבעיים (cogen, fibrin, alategin) או פולימרים (בעיקר, כגון צינורות פולימרים, כמו צינורות פולימרים).

אלקטרוספון ננופיבר Scaffolds

אלקטרוספינינג היא טכניקה בשימוש נרחב לייצר nanofibers רצופים עם קוטרים החל מעשרות ננומטרים לכמה מיקרומטרים.המצות הלא שזורעות לחקות את הארכיטקטורה של פיברוס של ECM הילידים. על ידי התאמה פרמטרים כגון ריכוז פולימר, מתח, מרחק איסוף, סיבים משופרים והיערכות ניתן לשלוט. Aligneds הם בעלי ערך במיוחד עבור האוריינטציה של תאים כי דורש נוירונים, כגון תאים phosated, כגון phosated, כגון phosated, כגון phosated, קריפטומטרים, קריפטומטרים, כמו תאים.

מעבר לתנודתיות, הפיגמומים אלקטרוספניים יכולים לשלב מולקולות ביואקטיביות.גורמים צמיחה כמו גורם צמיחה vascular endothelial (VEGF) או חלבון מורפגנטי העצם (BMP) יכול להיות מלוטש בתוך סיבים לשחרור מתמשך, קידום פגזיות אגוגניות או osteogenesis בהתאמה.בנוסף, שינוי פני השטח של ננופיבר עם חלבונים ECM (collagenin, מכיל גם נוגדנים אלקטרו-מנטליים) ולהגדיל את נוגדנים נוגדנים נוגדנים נוגדנים נוגדנים נוגדנים נוגדנים נוגדנים נוגדנים נוגדנים מכניים.

Self-Assembling Peptide hydrogels

סוג אחר של ננו-מבנים פיגומים מ- Self-assembling peptides. אלה רצפי peptide קצרים באופן ספונטני צורה nanofibrous hydrogels בתנאים פיזיולוגיים.ה הידרוגלילים וכתוצאה מכך יש נקבוביות ננומטרית המאפשרת diffusion ofnutrient, חמצן, ופסולת תוך מתן סביבה תלת-ממדית הדומה מאוד ל- ECM.החומר הכימי יכול להיות מותאם על ידי שילוב מוטיבים פונקציונליים כגון תאים עמידים (למשל, כגון תאים דינמיים) או תאים עמידים (Ricial) או תאים).

ננומטרים מבוססי פחמן בספרומס

ננו-חומרים פחמן, במיוחד גרפן וננו-ביו-פחמן, מושכים תשומת לב ליכולתם לחזק את הספידנים ולאפשר מוליכים חשמליים.עבור תאים קשים שתלויים בסימן חשמלי, פיגומים התנהגותיים יכולים לספק גירוי חשמלי כדי לקדם את הצטברות ואינטגרציה פונקציונלית של חלקיקים, למשל, גרפן משולב לתוך פיגומים פולימרים הוכח כדי לשפר את המשתנים השונים של תאים עצביים ונוגניים פעילים כדי לשפר באופן משמעותי.

משטחים ננוטרנטיים לשליטה ספארית של התנהגות תאים

בעוד ש- 3D scaffolds מציעים סביבה פיזיולוגית יותר, משטחים ננופטיים 2D עדיין חשוב ללימוד ההשפעה של טופוגרפיה על תפקוד התא.שימוש בטכניקות כגון אלקטרון beam lithography, ציטוגרפיה ננומטר, לחסום את copolymer self-assembly, ו- לייזר התערבות דפוס, החוקרים יכולים ליצור משטחים עם תכונות nanoscale מוגדרות בדיוק, כולל בורות, עמוד, , , , , , צלעות, ו- ps, ו- pbts, ו- dots, dots, ו- dots.

פרופיל ו- Focal Contact Formation

דבק תאים למצע מתרחש באמצעות אתרי ligand integrin-mediated המחייבים ECM ligands, אשר מתקבץ לתוך הדבקה מוקדים.הההה של אתרים אלה ligand ב-Nanoscale משפיע באופן ביקורתי על יציבות הדבקות ואת אותות במורד הזרם. מחקרים הראו כי כאשר משככי זהב-חלקיק-חלקיק-מקודמים הם פחות שטח מאשר 70 nm, תאים ננויים יכולים בדרך כלל להפיץ קמצמיים ובאופן קבוע.

קשר עם Guidance and Cell Alignment

ננוגרובים וננורינג יעילים בתאים באמצעות הדרכה מגע.הרוחב, העומק, וספא של הגדלים להשפיע על מידת ההיערכות.לדוגמה, פיברבסטורס התאחדו על פני השטח עם grooves 500 nm רחב ו 500 nm עמוק יישר לאורך הכיוון של הירכיים, בעוד תאים רחבים יותר מראה פחות מוכוון לזה של סגסוגת עצבית, כמו גלקסיות סיבית, כמו עיגולים, 000.

המהנדסים Topographies for Stem Cell Differentiation

ננוטופוגרפיה יכולה גם לכוון את גורל תאי הגזע ללא צורך בגורמים שונים כל כך.לדוגמה, תאי גזע mesenchymal אנושי (hMSCs) התרבות על מערך ננופילר עם גובה ספציפי וספאם הוכחו להבדיל לאוסטאובסטוסטים, בעוד תאים דומים על ננורינגינגס נבדלים לתוך תאים דמויי נוירו-כל.

ננוחיות למעקב בזמן אמת של תרבות תאים

תרבות התא המסורתית מסתמכת על ניתוח קיסרי ולא מקוון כדי לפקח על pH, גלוקוז, לקטטה, מתמוסס חמצן ופרמטרים אחרים. גישה זו מספקת רק נתונים צילום ויכולה להחמיץ אירועים טרנסיים.ננציבים משולבים בכלי תרבות מאפשרים ניטור רציף, לא פולשני, מתן נתונים עשירים יותר ומאפשרים שליטה משוב על תנאי תרבות.

המונחים: Fluorescent ננוsensors

דוטים קוונטיים (QDs) הם חלקיקים למחצה nanocrystals פולטים שטף בהיר ויציב עם אורכי גל פליטה בגודל-לא ניתן לזיהוי. על ידי פונקציונליות QDs עם אלמנטים הכרה מולקולרית, החוקרים פיתחו חיישנים עבור pH, תות מתכת, חלבונים ספציפיים.לדוגמה, QDs דחוס עם תצוגת פולימרים רגישות pH בעוצמתיות של שפעת כמו גרף תאים וירטואליים, הם למעשה, כדי לזהות תאים חד-מיים.

ננווט ו-Nanotube Electronicחיישנים

Transistors (FETs) מבוסס על nanowires סיליקון או צינורות פחמן יכול לזהות שינויים דקה המטען או capacitance, מה שהופך אותם רגישים מאוד לאירועים מחייבים על פני השטח חיישן.כאשר פונקציונלי עם נוגדנים או aptamers, מכשירים אלה יכולים לזהות cytokines בו זמנית, גורמי צמיחה, או מולקולות חשאיות אחרות בריכוזים כגון יכול להשתלב חיישנים לתוך מעגלים בקנה מידה זעיר של תאים מרובים של תאים גמישים.

שילוב ב- Bioreactors

בתרבות התא בקנה מידה גדול של bioreactors המשמשים לייצור ביופארפארטי (למשל, ייצור נוגדנים מונוקלוניים או וקטורים ויראליים), שמירה על תנאים אופטימליים הוא קריטי עבור תשואה ואיכות המוצר. ננוסנסורים יכולים להשתלב במערכות היתוך כדי לספק ניטור רציף ומשובים. לדוגמה, ליד תחלואה נמרצת ננורסנט חלקיקים encapsulates in biodisactstrasacting רמות גלוקוז.

פלטפורמת Nanoטכנולוגיה-Driven Cell Culture Platforms

קצב החדשנות בתחום זה ממשיך להאיץ את ההתפתחויות האחרונות, חלקן עומדות על הפוטנציאל שלהן להפוך את פרקטיקות התרבות התאית.

3D Bioprinting עם ננו-חומרים

bioprinting 3D מאפשר בנייה של ארכיטקטורות מורכבות רקמות על ידי להפקיד שכבת ביו-לדן תאים מול שכבה. שילוב של ננו-חומרים לתוך bioinks משפר את יכולת ההדפסה ותפקוד לאחר הדפסה לאחר הדפסה. לדוגמה, הוספת nanocrystalstals כדי ליצור bioginate-inks משפר התנהגות hear-inks מכני לאחר חוצה Goldlinking יכול להיות מוכלל כדי להפעיל את ג 'sicsssssssstrasssed וידאו.

אורגן-on-a-Chip Systems

נוגדנים מיקרו-השפעהיים של מכשירים במודל של תפקודים ברמת איברים במערכות miniaturized. Nanoטכנולוגיה משפרת את המכשירים האלה על ידי מתן ממשקים טובים יותר בין תאים לבין השבב. לדוגמה, membranes nano ⁇ יכול להחליף מחסומים מוצקים כדי לאפשר אותות פרנקנין בין סוגים של תאים משותפים-תרבותיים תוך שמירה על הפרדה פיזית. nanostructured אלקטרודות משולב לתוך שבבים מאפשר הקלטה חשמלית וגירויים של הלב או רקמות עצביות שפותחודות.

קידוד חכם

nanomaterials מגיבה כדי ליצור משטחים חכמים ציפויים כי שינוי תכונות בתגובה גורמים חיצוניים כגון טמפרטורה, pH, אור או פעילות אנזים.לדוגמה, פולי(N-isopylacrylamide) (PNIPAM) מצחצחים על פני השטח לעבור הידרופיליים הידרופוביים בטמפרטורות מעל 32 מעלות צלזיוס, המאפשרים להיות מנותקים כדי להיות תאים חדשים או תאים אחרים.

Stem Cell Differentiation ב-Nanomaterial Substrates

הבחנה תאי גזע שליטה נשאר אתגר מרכזי ברפואה רגנרטיבית.מחקרים מראים כי שילוב nanotopography עם רמזים ביוכימיים יכול לשפר את היעילות והפרטים של ההשוואה. לדוגמה, תאי גזע עובריים על משטחים גרף-קוע עם ננוגרובאז הראו שיפור הזיהומים לתוך נוירונים דופאמין בהשוואה להתעמלות או רקמות במחקר אחר, המשמשות את גורמי עצב עצביים שונים של צינורות עצביים, אשר השתמשו בתאים עצביים של חלקיקים מכניים שונים.

כיוונים עתידיים ואתגרים

במבט קדימה, כמה כיוונים מבטיחים מתעוררים.שילוב של ננוטכנולוגיה עם אינטליגנציה מלאכותית ולמידה מכונה יכול להאיץ את העיצוב של הפיגמומים וחיישנים. פלטפורמות סינון גבוה באמצעות חישובים באמצעות נוסחאות ננו-טרנטיות יכול ליצור נתונים גדולים המקשרים פרמטרים טופוגרפיים וכימיקליים לתגובות תאים, אשר ניתן להשתמש בהם כדי להכשיר מודלים החיזוי תנאים תרבות אופטימליים.

סביבות תרבות תאים אישיות הן גם באופק.לדוגמה, תאי גזע ספציפיים לחולה (iPSCs) יכול להיות תרבותי על פיגומים המחקים את הרכב ECM של הפרט, באמצעות ננוטכנולוגיה כדי להתאים נוקשות, צפיפות ligand, וקצב ההשפלה.פלטפורמות מותאמות אישית כאלה יכולים לשפר את הדיוק של בדיקת סמים ולאפשר גניבת רקמות ספציפית לחולה.

למרות ההתקדמות, אתגרים נשארים. Scalability של טכניקות nanofabrication הוא מכשול גדול; שיטות כמו אלקטרון beam ליתוגרפיה איטי מדי לייצור המוני.ההשפעה הסביבתית ארוכת טווח של ננו-חומרים המשמשים בתרבות התא חייב להיות מוערך ביסודיות, במיוחד אם תאים נועדו להשתלת. סטנדרטיזציה של שיטות אפיון ומדדים במעבדות הוא הכרחי כדי להבטיח התחדשות, יתר עלות של מערכת העצבים של אקטיבית, עשויה להיות מוגבלת להגדרות של מחלות של תאים.

מסלולים רגולטוריים למוצרי טיפול תאים שפותחו באמצעות פלטפורמות מבוססות ננו-חומריים עדיין מתפתחים.שיתוף פעולה הדוק בין מדענים חומרים, ביולוגים, ורגולטורים יהיה חיוני לנווט בנושאים אלה.שדה התרבות התאית הננו-המוכרת עדיין צעיר יחסית, ותגליות רבות שנעשו במעבדה אקדמית עדיין לא תרגם למוצרים מסחריים או לפרקטיקה קלינית.

מסקנה

ננוטכנולוגיה מספקת ערכת כלים רבת עוצמה לבניית סביבות תרבות תאים שמשכפלות נאמנה יותר את הנישה התאית ב vivo. מ- ננו-מבנים ממבנה-המוח אשר מחקים את ה- ECM למשטחים ננו-מדומים השולטים בדבקות ובשונה, וממנונומחישים שמפקחים על חילוף החומרים בעידן המתקדמים לאימוץ החכם, החידושים הוא מדהים של כלים אלה, אך ככל הנראה, כך גם כן, כך שנדמה כי הם גם כן, כך שביכולתנו לשפר את הטכניקות של הגמישות התאיתות, אך ורק לתרגול שלנו, אך ורק לתרגול, אך ורק לתרגול, כמו גם כן, כמו גם לתרגול ההתפתחות התאיתות, כמו גם כן, כך, כך, אך ורק לתרגול ההתפתחות התאיתותרפיון, הגמישות הגמישות, אך ורק בתרגול שלנו, כך, כך, כך, כך, כך, הגמישות הגמישות הגמישות הגמישות הגמישות הגמישות הגמישות הגמישות הגמישות הגמישות הגמישות הגמישות הגמישות הגמישות הגמישות והתרגול שלנו, היא מתקדמת, היא יעילה יותר, כך, כך, כך, כך, כך גם כן, כך, כך, כך שהולכת ומתקדמת אותה אנו