Ny stamcelleteknik viser løfte om knoglereparation

En nylig undersøgelse, tilknyttet UNIST har udviklet en ny metode til at reparere skadet knogle ved hjælp af stamceller fra menneskelig knoglemarv og et kulstofmateriale med fotokatalytiske egenskaber, som kan føre til kraftfulde behandlinger for skader i skeletsystemet, såsom brud eller paradentose.

Denne forskning er udført i fællesskab af professor Youngkyo Seo fra Life Sciences og Dr. Jitendra N. Tiwari fra Chemistry i samarbejde med professor Kwang S. Kim fra Natural Science, Professor Pann-Ghill Suh i Life Sciences, og syv andre forskere fra UNIST.

I undersøgelsen, forskerholdet rapporterede, at rødt lys-absorberende carbonnitrid (C₃N₄) plader fører til bemærkelsesværdig spredning og osteogen differentiering ved run-relateret transkriptionsfaktor 2 (Runx2) aktivering, en central transkriptionsfaktor forbundet med osteoblastdifferentiering.

Resultaterne af undersøgelsen er blevet offentliggjort i januarudgaven af ACS Nano tidsskrift. Forskerholdet forventer, at dette forskningsgennembrud kan føre til forbedring af knogleregenerering.

Brugen af ​​humane knoglemarvs-afledte mesenkymale stamceller (hBMSC'er) er blevet forsøgt med succes i frakturbehandling på grund af deres potentiale til at regenerere knogler hos patienter, som har mistet store områder af knogle fra enten sygdom eller traumer. For nylig, mange forsøg er blevet gjort på at forbedre funktionen af ​​stamceller ved hjælp af kulstof nanorør, grafener, og nanooxider.

I undersøgelsen, Professor Kim og professor Suh undersøgte C₃N₄-arkene. De opdagede, at dette materiale absorberer rødt lys og derefter udsender fluorescens, som kan bruges til at fremskynde knogleregenerering. Professor Kims team syntetiserede kulstofnitrogenderivater fra melaminforbindelser. Derefter, de analyserede de lysabsorberende egenskaber af C₃N₄-plader ved et bølgelængdeområde på 455-635 nanometer (nm). Som resultat, C3N4-arkene viste sig at udsende fluorescens ved bølgelængden på 635 nm, når de blev udsat for rødt lys i flydende tilstand. På dette tidspunkt, de frigivne elektroner inducerede calcium til at akkumulere i cytoplasmaet.

Professor Suh gennemførte en biomedicinsk anvendelse af dette materiale. Først, stamceller og cancerceller blev dyrket i et medium indeholdende 200 µg/ml C₃N₄-ark. Efter to dages test, materialet viste ingen cytotoksicitet, gør det nyttigt som biomateriale.

Det blev også bekræftet, at C3N4-plader virker på stamceller for at differentiere til osteoblaster for at fremme mineraldannelse. I denne proces, de osteogene differentieringsmarkørgener (ALP, BSP, og OCN) prolifererede. I øvrigt, Rux2 (Runt-relateret transkriptionsfaktor 2), en nøglefaktor i osteoblastdifferentiering blev også aktiveret. Dette resulterede i den øgede osteoblastdifferentiering og accelereret knogledannelse.

"Denne forskning har åbnet muligheden for at udvikle en ny medicin, der effektivt behandler skeletskader, såsom frakturer og osteoporose, " sagde professor Young-Kyo Seo. "Det vil være et meget nyttigt værktøj til at lave kunstige led og tænder med brug af 3-D-print."

Han tilføjer, "Dette er en vigtig milepæl i analysen af ​​biomekaniske funktioner, der er nødvendige for udviklingen af ​​biomaterialer, inklusive hjælpestoffer til hårdt væv såsom beskadigede knogler og tænder."

Forskerholdet forventer, at deres resultater bekræfter potentialet af C₃N₄-ark til at udvikle knogledannelse og lede hBMSC'er mod knogleregenerering.

Denne forskning blev udført med støtte fra National Honor Scientist Program og teknologiudviklingsprojektet for den aldrende kilde, som fremmes af det koreanske videnskabsministerium, IKT og fremtidsplanlægning.