Нанотехнологическая платформа, разработанная учеными Университета науки и технологий имени короля Абдуллы (KAUST) в Саудовской Аравии, может привести к новым методам лечения дегенеративных заболеваний костей. Об этом сообщает портал SciTechDaily. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Железные нанопроволоки имеют свойство заданным образом изгибаться в ответ на воздействия магнитных полей. Костеобразующие стволовые клетки, выращенные на сетке из этих крошечных проводов, получают своего рода физическую тренировку на движущейся подложке. Впоследствии они вырастают во взрослую кость значительно быстрее, чем в обычных условиях культивирования, с протоколом дифференцировки, который длится всего несколько дней, а не несколько недель.
Жасмин Мерзабан, доцент кафедры биологических наук KAUST, руководила соответствующим исследованием вместе с Юргеном Козелем и коллегами из их лабораторий. Мерзабан отметила: «Мы можем добиться эффективного образования костных клеток за более короткое время», что потенциально прокладывает путь к более эффективной регенерации кости».
Ученые проанализировали способность своего каркаса из нанопроволоки образовывать кости как с магнитными сигналами, так и без них. Они сформировали миниатюрные проволочки в виде равномерно распределенной сетки, а затем наложили на них мезенхимальные стволовые клетки человека (hMSCs), полученные из костного мозга. Каждый из таких проводов имеет размер примерно с хвостовидный придаток некоторых бактерий.
Исследователи KAUST обнаружили, что добавление низкочастотного магнитного поля значительно ускоряет процесс развития костей. В течение двух дней инкубации при механической стимуляции можно было обнаружить генетические маркеры развития костей, а гены, связанные со стволовостью и самообновлением, быстро уходили в неактивность. Ученые также могли наблюдать под микроскопом, как клетки быстро перестраиваются, становясь более похожими на кости.
В дальнейшем научная группа KAUST планирует протестировать свою систему на моделях дегенеративного заболевания костей на мышах, ожидая, что каркасы из нанопроволоки, засеянные стволовыми клетками, можно будет безопасно имплантировать в места повреждения и способствовать восстановлению тканей. Внешнее магнитное поле будет использоваться для ускорения процесса заживления.
Один из авторов исследования Хосе Эфраин Перес, специалист лаборатории Козеля, также видит потенциальное применение в других условиях заболевания. По его словам, «изменение жесткости матрицы путем увеличения или уменьшения длины и диаметра нанопроволоки может способствовать дифференцированному развитию hMSCs».
Как вариант, можно использовать другие типы стволовых клеток, например, для стимулирования роста нейронов и восстановления мозга после инсульта. Для этого потребуется дополнительно настроить сам каркас нанопроволоки или основной материал – например, используя различные металлы для использования их магнитных откликов или покрывая нанопроволоки биомолекулами для потенциальной доставки при клеточном контакте.