Hørfrø-lignende partikler kan nu vokse knogler, bruskvæv til mennesker

Menneskelige stamceller har vist potentiale inden for medicin, da de kan omdannes til forskellige specialiserede celletyper såsom knogle- og bruskceller. Den nuværende tilgang til at opnå sådanne specialiserede celler er at udsætte stamceller for specialiserede instruktive proteinmolekyler kendt som vækstfaktorer. Imidlertid, brug af vækstfaktorer i den menneskelige krop kan generere skadelige virkninger, herunder uønsket vævsvækst, såsom en tumor.

Forskere ved Texas A&M University har udforsket en ny klasse af lernanopartikler, der kan lede stamceller til at blive knogle- eller bruskceller.

Dr. Akhilesh Gaharwar, en adjunkt ved Institut for Biomedicinsk Teknik, og hans elever har vist, at en specifik type todimensionelle (2-D) nanopartikler, også kendt som nanosilikater, kan vokse knogle- og bruskvæv fra stamceller i fravær af vækstfaktorer. Disse nanopartikler ligner hørfrø i form, men 10 tusind gange mindre i størrelse. Deres arbejde, "Udbredte ændringer i transkriptomprofilen af ​​humane mesenkymale stamceller induceret af todimensionelle nanosilicater, " er blevet offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences denne uge.

Todimensionelle nanomaterialer har vundet stigende popularitet på en række forskellige områder, såsom energi, optik og regenerativ teknik, på grund af deres ekstremt lille størrelse og unikke form. Disse nanopartikler består af højt organiserede atomlag lavet af mineraler. Mineralerne er rigeligt til stede i den menneskelige krop og hjælper i nogle vitale funktioner.

For at forstå, hvordan disse nanopartikler interagerer med stamceller, vi brugte en næste generations sekventeringsteknik kaldet RNA-seq, " sagde Irtisha Singh, en beregningsbiolog fra Weill Cornell Medicine ved Cornell University og den tilsvarende forfatter. "RNA-seq tager et øjebliksbillede af cellens genaktivitet på ethvert givet tidspunkt. Dette svarer til at tage et højopløsningsbillede under Super Bowl og identificere reaktionen fra hver fan under touchdownet."

RNA-seq bruger næste generations sekventering (NGS) til at afsløre tilstedeværelsen og mængden af ​​RNA i en biologisk prøve på et givet tidspunkt. For eksempel, celle-nanopartikel interaktioner kan resultere i betydelig ændring i cellulær adfærd, der kan observeres ved at bruge denne teknik.

"Denne teknik er meget følsom til at undersøge interaktionen mellem en bred vifte af nanomaterialer med celler, " sagde Jake Carrow, en doktorgradskandidat i Gaharwars laboratorium og medførsteforfatter af undersøgelsen. "Med denne kombination af nanoteknologi og beregningsbiologi, vi kan bedre forstå, hvordan et materiales kemi, form og størrelse kan bidrage til cellefunktioner."

Fra denne undersøgelse, nanosilikater viste nogle meget interessante egenskaber, når de blev anvendt på voksne menneskelige stamceller. Disse celler præsenterede signalering, der typisk observeres under regenerering af knogle og brusk. Dette indikerer et stort potentiale for disse nanopartikler som en mulig terapi mod slidgigt blandt andre ortopædiske skader. Denne cellulære respons menes at stamme fra den unikke fysiske og kemiske sammensætning af nanopartiklerne. Denne forudsætning om mineralbaserede partikler, der påvirker celleadfærd, har åbnet dørene til udviklingen af ​​en ny klasse af terapier.

"Evnen til at tilpasse en terapi til et specifikt væv, simpelthen ved at ændre mineralindholdet i nanopartiklerne, præsenterer et stort potentiale inden for regenerativ teknik, " sagde Lauren Cross, også med-førsteforfatter på udgivelsen. "Vi mener, at dette nye felt af 'mineralomics' kan give et levedygtigt alternativ sammenlignet med de nuværende behandlinger, der findes i dag."