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某些纳米粒子自20世纪90年代以来一直在应用，如化妆品/皮肤护理递送，药物递送和标签。 在体细胞或微生物上用不同类型的纳米粒子如量子点，碳纳米管和磁性纳米粒子进行的实验提供了干细胞研究已经启动的背景。 一个鲜为人知的事实是，1934年第一个纳米纤维制备专利被记录下来。这些纤维最终将在70年后成为干细胞培养和移植支架的基础。
使用MRI和SPIO粒子可视化干细胞
纳米粒子在磁共振成像（MRI）中的应用研究已经被追踪干细胞疗法的需求所推动。 该应用的常见选择是超顺磁性氧化铁（SPIO）纳米粒子，其增强了MRI图像的对比度。
一些铁氧化物已经被FDA批准。 不同类型的颗粒在外面涂有不同的聚合物，通常是碳水化合物。 MRI标记可以通过将纳米颗粒附着到干细胞表面或通过内吞作用或吞噬作用引起干细胞摄取颗粒来完成。
纳米粒子有助于增加我们关于干细胞如何在神经系统中迁移的知识。
使用量子点标记
量子点（Qdots）是发光的纳米级晶体，由周期表第II-VI族原子组成，通常含有镉。 由于它们的光稳定性和寿命，它们比诸如染料等某些其他技术更好地显现细胞 。 这也允许它们用于研究细胞动力学，同时干细胞的分化正在进行中。
由于需要特殊设备在整个动物中追踪它们，因此Qdots与SPIO / MRI相比在使用干细胞方面有较短的记录并且仅在体外使用。
遗传控制的核苷酸传递
遗传控制，使用DNA或siRNA ，正在成为控制干细胞中细胞功能的有用工具，尤其是指导其分化。 纳米颗粒可用于替代传统使用的病毒载体，如逆转录病毒，其已涉及引起整个生物体的并发症，例如诱导导致癌症的突变。 纳米颗粒为干细胞的转染提供了更便宜，更容易生产的载体，具有较低的免疫原性，致突变性或毒性风险。
一种流行的方法是使用与DNA和RNA分子相互作用的阳离子聚合物。 智能聚合物也有发展空间，具有定向交付或定期发布等功能 。 具有不同官能团的碳纳米管也已经被测试用于将药物和核酸递送到哺乳动物细胞中，但是它们在干细胞中的用途尚未在很大程度上进行研究。
优化干细胞环境
干细胞研究的一个重要研究领域是细胞外环境，以及细胞外的条件如何为控制分化，迁移，粘附和其他活动发送信号。 细胞外基质（ECM）由细胞分泌的分子组成，如胶原蛋白，弹性蛋白和蛋白聚糖。 这些排泄物的属性和他们创造的环境的化学性质为干细胞活动提供了方向。
纳米粒子已被用于设计不同图案的模拟ECM的形貌图，以研究它们对干细胞的影响。
干细胞疗法遇到的主要并发症是注射细胞植入靶组织的失败。 纳米级支架通过辅助移植过程来改善细胞存活。 由合成聚合物（如聚乳酸）（PLA）纺制的纳米纤维或胶原蛋白，丝蛋白或壳聚糖的天然聚合物可提供干细胞和祖细胞对齐的通道。 最终目标是确定哪种支架组合物最能促进干细胞的适当粘附和增殖，并将此技术用于干细胞移植。 然而，似乎在纳米纤维上生长的细胞的形态可能不同于在其他培养基上生长的细胞，并且很少有体内研究报道。
纳米颗粒对干细胞的毒性
与所有生物医学发现一样，纳米粒子在体内 （人体内 ）用于这些应用需要FDA的批准。 随着纳米颗粒用于干细胞应用的潜力的发现，对用于测试新发现和增加对纳米颗粒毒性的兴趣的临床试验的需求不断增加。
已经在很大程度上研究了SPIO纳米颗粒的毒性。 大多数情况下，它们没有出现毒性，但有一项研究表明对干细胞分化有影响。 但是，毒性是否由纳米颗粒或转染剂/化合物引起，仍然存在一些不确定性。
Qdots的毒性数据很少，但哪些数据并不全都同意。 一些研究报告没有对干细胞形态，增殖和分化的不利影响，而另一些报告异常。 测试结果的差异可归因于纳米粒子或靶细胞的不同组成，因此需要更多研究来确定哪些是安全的，哪些不是，以及哪些类型的细胞。 众所周知，氧化镉（Cd2 +）由于其对细胞线粒体的作用而可能是有毒的。 在Qdot降解过程中，活性氧物种的释放使其更加复杂。
碳纳米管似乎通常具有遗传毒性，这取决于它们的形状，大小，浓度和表面组成，并且可能有助于细胞中活性氧的产生。
纳米颗粒由于尺寸小和能够穿透细胞而成为新型生物医学技术的有前景的工具。 随着研究进展继续增加了我们对控制干细胞功能的因素的了解，纳米粒子的新应用很可能与干细胞一起被发现。 尽管有证据表明某些应用比其他应用更有用或更安全，但使用纳米颗粒来增强和改进干细胞技术的潜力巨大。
>来源：
> Ferreira，L.et al。 2008.新机遇：利用纳米技术来操纵和追踪干细胞。 细胞干细胞3：136-146。 DOI：10.1016 / j.stem.2008.07.020。