Nanoparticule cu aplicații în medicina regenerativă

1. Introducere

Corpul uman are o capacitate mare de remodelare și de regenerare a unor mici defecte. Leziuni grave sau defecte mai mari cauzate de diferite boli sau anomalii congenitale sunt considerabil mai dificil sau imposibil pentru organism să le vindece pe cont propriu [ , ].

Medicina regenerativă implică înlocuirea sau regenerarea celulelor umane, a țesuturilor sau a organelor, pentru a stabili sau a restabili funcționarea normală a acestora. Termenul "medicină regenerativă" a fost folosit pentru prima dată de William Haseltine în timpul unei conferințe în anul 1999 pe Lacul Como, pe când încerca să descrie un domeniu în curs de dezvoltare [ ].

Pe parcursul ultimelor secole medicina a avut numeroase succese: terapia cu antibiotice, anestezia, sterilizarea etc. Cu toate acestea, există încă multe patologii care nu pot fi tratate prin păstrarea organelor afectate, ci necesită rezecția leziunilor sau repararea cu țesuturi autologe sau chiar înlocuirea cu alogrefe [ ].

Strategiile actuale utilizate în medicina regenerativă prezintă trei abordări diferite:

1. Terapia celulară;

2. Folosirea materialelor, fie biologice sau sintetice pentru a conduce procesele de reparare și de creștere celulară;

3. Implantarea de scaffolduri însămânțate cu celule.

2. Nanoparticule. Aplicații în medicina regenerativă

Nanoparticulele sunt adesea definite ca particule solide, coloidale cu masa moleculară cuprinsă între 10-1,000 nm. Termenul este un termen colectiv dat pentru orice tip de nanoparticule de polimer, dar în mod special pentru nanosfere și nanocapsule. Acestea prezintă un interes înalt pentru medicină deoarece sunt particule speciale care au dimensiuni comparabile cu ribozomii sau virușii, ceea ce le oferă din start proprietăți specifice avansate capabile de a acționa la nivel celular și molecular, aceste proprietăți fiind păstrate în concentrații mici datorită raportului suprafață/volum mare, asigurând astfel o biocompatibilitate accesibilă clinic. Stimularea diviziunii celulare este importantă deoarece este obiectul de studiu al medicinei regenerative. În prezent, amplificarea ratei de diviziune în culturile celulare prin diferite metode și mecanisme este cercetată intens.

Nanoparticulele au fost mult timp utilizate ca sisteme de livrare și eliberare a medicamentelor, ca vaccinuri sau în domeniul biotehnologiei, pentru cultura celulară în bioreactoare [ ].

Din domeniul ingineriei tisulare, nevoi noi în ceea ce privește materialele au apărut cu specificații speciale, cum ar fi capacitatea:

- de a permite creșterea celulară într-un mediu 3D extrem de hidratat ce permite difuzia nutrienților,

- de a se potrivi într-un “defect”, având proprietăți optime de regenerare,

- de a fi ușor de implantat,

- de a deține proprietăți mecanice care se potrivesc cu cele ale unui țesut viu (modul de elasticitate variind de la mai puțin de 1 kPa pentru țesuturile craniene la zeci de GPa pentru oase),

- de a nu fi citotoxice și

- de a avea factori de creștere, cu un control temporal și spațial.

În mod ideal, proprietățile materialelor trebuie să fie flexibile, în funcție de necessitate, sau ar trebui să evolueze în timp ce are loc regenerarea țesutului [ ].

Materialele nanostructurate sunt ușor aplicabile în medicină și biologie, deoarece la baza vieții celulare sunt procesele biochimice de ordinul nanometric, la acest nivel materialele nanostructurate interacționează ușor cu celulele și oferă astfel un spectru larg de aplicații, care în prezent necesită a fi minuțios cercetate și analizate pentru a determina care sunt mecanismele lor de acțiune, precum și ce efecte negative posedă pe termen scurt sau lung în sistemele biologice. Nanotehnologia utilizează nanostructuri și nanodispozitive de dimensiuni de la 1 nanometru până la câteva sute de nanometri. Materialul nativ din care sunt confecționate nanostructurile este produs prin metode chimice și fizice foarte specifice. Aceasta asigură un control riguros în sinteza moleculară și în asamblarea lor finală. Astfel, nanomaterialele sunt înalt funcționale și datorită dimensiunilor lor favorizează interacțiunea specifică cu celulele și țesuturile la nivel molecular. Prin aceasta ele permit integrarea nanotehnologiei cu fiziologia și medicina la un nivel care până în prezent nu a fost posibil [ ].