Nanopartikelrygsække genopretter beskadigede stamceller

Inden i en nyfødts navlestreng ligger potentielt livreddende stamceller, der kan bruges til at bekæmpe sygdomme som lymfom og leukæmi. Det er grunden til, at mange nybagte forældre vælger at opbevare ("banke") deres spædbarns stamcellerige navlestrengsblod. Men i de 6-15 % af graviditeterne, der er ramt af svangerskabsdiabetes, mangler forældre denne mulighed, fordi tilstanden beskadiger stamcellerne og gør dem ubrugelige.

Nu, i en kommende undersøgelse i Kommunikationsbiologi , har bioingeniører ved University of Notre Dame vist, at en ny strategi kan genoprette de beskadigede stamceller og sætte dem i stand til at dyrke nyt væv igen.

Kernen i denne nye tilgang er specielt konstruerede nanopartikler. Med kun 150 nanometer i diameter - omkring en fjerdedel af størrelsen af ​​et rødt blodlegeme - er hver sfæriske nanopartikel i stand til at opbevare medicin og levere det til selve stamcellerne ved at hæfte sig direkte på stamcellernes overflade. På grund af deres specielle formulering eller "tuning" frigiver partiklerne medicinen langsomt, hvilket gør den yderst effektiv selv ved meget lave doser.

Donny Hanjaya-Putra, en assisterende professor i rumfart og maskinteknik i bioingeniøruddannelsen ved Notre Dame, som leder laboratoriet, hvor undersøgelsen blev udført, beskrev processen ved hjælp af en analogi. "Hver stamcelle er som en soldat. Den er smart og effektiv; den ved, hvor den skal hen, og hvad den skal gøre. Men de 'soldater', vi arbejder med, er sårede og svage. Ved at give dem denne nanopartikel-"rygsæk", vi giver dem, hvad de har brug for for at arbejde effektivt igen."

Hovedtesten for de nye "rygsæk"-udstyrede stamceller var, om de kunne danne nyt væv eller ej. Hanjaya-Putra og hans team testede beskadigede celler uden "rygsække" og observerede, at de bevægede sig langsomt og dannede ufuldkomment væv. Men da Hanjaya-Putra og hans team brugte "rygsække", begyndte tidligere beskadigede stamceller at danne nye blodkar, både når de blev indsat i syntetiske polymerer og når de blev implanteret under huden på laboratoriemus, var to miljøer beregnet til at simulere den menneskelige krops tilstand. .

Selvom det kan vare årevis, før denne nye teknik når faktiske sundhedsindstillinger, forklarede Hanjaya-Putra, at den har den klareste vej af enhver metode, der er udviklet hidtil. "Metoder, der involverer injektion af medicinen direkte i blodbanen, kommer med mange uønskede risici og bivirkninger," sagde Hanjaya-Putra. Derudover står nye metoder som genredigering over for en lang rejse til Food and Drug Administration (FDA) godkendelse. Men Hanjaya-Putras teknik brugte kun metoder og materialer, der allerede var godkendt til kliniske omgivelser af FDA.

Hanjaya-Putra tilskrev undersøgelsens succes til en meget tværfaglig gruppe af forskere. "Dette var et samarbejde mellem kemiteknik, maskinteknik, biologi og medicin - og jeg oplever altid, at den bedste videnskab sker i krydsfeltet mellem flere forskellige felter."

Studiets hovedforfatter var den tidligere Notre Dame postdoc-studerende Loan Bui, nu fakultetsmedlem ved University of Dayton i Ohio; stamcellebiolog Laura S. Haneline og tidligere postdoc-stipendiat Shanique Edwards fra Indiana University School of Medicine; Notre Dame Bioengineering doktorandstuderende Eva Hall og Laura Alderfer; Notre Dame undergraduates Pietro Sainaghi, Kellen Round og 2021 valedictorian Madeline Owen; Prakash Nallathamby, forskningsassistent professor, rumfart og maskinteknik; og Siyuan Zhang fra University of Texas Southwestern Medical Center.

Forskerne håber, at deres tilgang vil blive brugt til at genoprette celler, der er beskadiget af andre typer graviditetskomplikationer, såsom præeklampsi. "I stedet for at kassere stamcellerne," sagde Hanjaya-Putra, "håber vi i fremtiden, at klinikere vil være i stand til at forynge dem og bruge dem til at regenerere kroppen. For eksempel kan en baby, der er født for tidligt på grund af præeklampsi, blive nødt til at blive i NICU med en ufuldkommen udformet lunge. Vi håber, at vores teknologi kan forbedre dette barns udviklingsresultater." + Udforsk yderligere

God kamp:Regenerering af kroppens naturlige forsvar ved at genoprette lymfe netværk