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某些納米粒子自20世紀90年代以來一直在應用，如化妝品/皮膚護理遞送，藥物遞送和標籤。 在體細胞或微生物上用不同類型的納米粒子如量子點，碳納米管和磁性納米粒子進行的實驗提供了乾細胞研究已經啟動的背景。 一個鮮為人知的事實是，1934年第一個納米纖維製備專利被記錄下來。這些纖維最終將在70年後成為乾細胞培養和移植支架的基礎。
使用MRI和SPIO粒子可視化干細胞
納米粒子在磁共振成像（MRI）中的應用研究已經被追踪幹細胞療法的需求所推動。 該應用的常見選擇是超順磁性氧化鐵（SPIO）納米粒子，其增強了MRI圖像的對比度。
一些鐵氧化物已經被FDA批准。 不同類型的顆粒在外面塗有不同的聚合物，通常是碳水化合物。 MRI標記可以通過將納米顆粒附著到干細胞表面或通過內吞作用或吞噬作用引起幹細胞攝取顆粒來完成。
納米粒子有助於增加我們關於乾細胞如何在神經系統中遷移的知識。
使用量子點標記
量子點（Qdots）是發光的納米級晶體，由周期表第II-VI族原子組成，通常含有鎘。 由於它們的光穩定性和壽命，它們比諸如染料等某些其他技術更好地顯現細胞 。 這也允許它們用於研究細胞動力學，同時干細胞的分化正在進行中。
由於需要特殊設備在整個動物中追踪它們，因此Qdots與SPIO / MRI相比在使用乾細胞方面有較短的記錄並且僅在體外使用。
遺傳控制的核苷酸傳遞
遺傳控制，使用DNA或siRNA ，正在成為控制干細胞中細胞功能的有用工具，尤其是指導其分化。 納米顆粒可用於替代傳統使用的病毒載體，如逆轉錄病毒，其已涉及引起整個生物體的並發症，例如誘導導致癌症的突變。 納米顆粒為乾細胞的轉染提供了更便宜，更容易生產的載體，具有較低的免疫原性，致突變性或毒性風險。
一種流行的方法是使用與DNA和RNA分子相互作用的陽離子聚合物。 智能聚合物也有發展空間，具有定向交付或定期發布等功能 。 具有不同官能團的碳納米管也已經被測試用於將藥物和核酸遞送到哺乳動物細胞中，但是它們在幹細胞中的用途尚未在很大程度上進行研究。
優化干細胞環境
幹細胞研究的一個重要研究領域是細胞外環境，以及細胞外的條件如何為控制分化，遷移，粘附和其他活動發送信號。 細胞外基質（ECM）由細胞分泌的分子組成，如膠原蛋白，彈性蛋白和蛋白聚醣。 這些排泄物的屬性和他們創造的環境的化學性質為乾細胞活動提供了方向。
納米粒子已被用於設計不同圖案的模擬ECM的形貌圖，以研究它們對乾細胞的影響。
幹細胞療法遇到的主要並發症是注射細胞植入靶組織的失敗。 納米級支架通過輔助移植過程來改善細胞存活。 由合成聚合物（如聚乳酸）（PLA）紡製的納米纖維或膠原蛋白，絲蛋白或殼聚醣的天然聚合物可提供幹細胞和祖細胞對齊的通道。 最終目標是確定哪種支架組合物最能促進乾細胞的適當粘附和增殖，並將此技術用於乾細胞移植。 然而，似乎在納米纖維上生長的細胞的形態可能不同於在其他培養基上生長的細胞，並且很少有體內研究報導。
納米顆粒對乾細胞的毒性
與所有生物醫學發現一樣，納米粒子在體內 （人體內 ）用於這些應用需要FDA的批准。 隨著納米顆粒用於乾細胞應用的潛力的發現，對用於測試新發現和增加對納米顆粒毒性的興趣的臨床試驗的需求不斷增加。
已經在很大程度上研究了SPIO納米顆粒的毒性。 大多數情況下，它們沒有出現毒性，但有一項研究表明對乾細胞分化有影響。 但是，毒性是否由納米顆粒或轉染劑/化合物引起，仍然存在一些不確定性。
Qdots的毒性數據很少，但哪些數據並不全都同意。 一些研究報告沒有對乾細胞形態，增殖和分化的不利影響，而另一些報告異常。 測試結果的差異可歸因於納米粒子或靶細胞的不同組成，因此需要更多研究來確定哪些是安全的，哪些不是，以及哪些類型的細胞。 眾所周知，氧化鎘（Cd2 +）由於其對細胞線粒體的作用而可能是有毒的。 在Qdot降解過程中，活性氧物種的釋放使其更加複雜。
碳納米管似乎通常具有遺傳毒性，這取決於它們的形狀，大小，濃度和表面組成，並且可能有助於細胞中活性氧的產生。
納米顆粒由於尺寸小和能夠穿透細胞而成為新型生物醫學技術的有前景的工具。 隨著研究進展繼續增加了我們對控制干細胞功能的因素的了解，納米粒子的新應用很可能與乾細胞一起被發現。 儘管有證據表明某些應用比其他應用更有用或更安全，但使用納米顆粒來增強和改進乾細胞技術的潛力巨大。
>來源：
> Ferreira，L.et al。 2008.新機遇：利用納米技術來操縱和追踪幹細胞。 細胞幹細胞3：136-146。 DOI：10.1016 / j.stem.2008.07.020。