Impact of nanomaterials on mesenchymal stem cells and tissue regeneration

Abstract

Nanomaterials (NMs) are widely used in medicine for their antimicrobial properties. They are part of antibacterial coatings, creams, pharmaceutical vehicles or additives in drugs and other medical products. However, the impact of NMs on human organism is still not completely established. Nanoparticles (NPs) penetrate the cell membrane and enter to intracellular compartments including the nuclei. Different types of NPs could have various side effects on cell functions. These side effects include the damage of stem cells (SCs) or immune cells lead to slower regeneration and impaired wound healing. Therefore, the simultaneous application of NPs during SC therapy could decrease the therapeutic abilities of SCs. One type of SCs tested in clinical therapies nowadays are mesenchymal stem cells (MSCs). Therefore, we studied the impact of metal NPs (i.e. silver, copper oxide, zinc oxide and titanium dioxide) on characteristics and functional properties of mouse MSCs. Additionally, the effect of NPs on the expression of phenotypic markers, metabolic activity, differentiation potential, expression of genes for immunoregulatory molecules and on production of cytokines and growth factors was analyzed. We found that all types of tested NPs had a negative impact on the activity of MSCs and thus could alter tissue...

Nanomateriály (NMs) jsou široce používány v lékařství pro své antimikrobiální vlastnosti. Jsou součástí antibakteriálních krytí, krémů, farmaceutických přípravků nebo přísad do léků a dalších zdravotnických produktů. Dopad NMs na lidský organismus však stale není zcela znám. Nanočástice (NPs) pronikají buněčnou membránou a vstupovat do intracelulárních kompartmentů včetně jádra. Různe typy NPs mohou mít odlišné vedlejší účinky na buněčné funkce. Poškození kmenových buněk nebo buněk imunitního systému může vést k pomalejší regeneraci a horšímu hojení ran. Současná aplikace NPs během terapie kmenovými buňkami by mohla snížit terapeutické schopnosti kmenových buněk. Jedním druhem kmenových buněk testovaných v současné době v klinických terapiích jsou mezenchymální kmenové buňky (MSCs). Proto jsme studovali vliv kovových nanočástic (tj. stříbra, oxidu mědnatého, oxidu zinečnatého a oxidu titaničitého) na charakteristiky a funkční vlastnosti myších MSCs. Analyzovali jsme vliv NPs na expresi fenotypových markerů, metabolickou aktivitu, diferenciační potenciál, expresi genů pro imunoregulační molekuly a na produkci cytokinů a růstových faktorů. Zjistili jsme, že všechny typy testovaných NPs měly negativní dopad na aktivitu MSCs a mohly tak ovlivnit regeneraci tkání. Zkoumali jsme také vliv NPs na produkci...