Автор AZoNano 30 марта 2021

Исследователи из Саутгемптонского университета разработали новый способ использования наноматериалов для идентификации и обогащения скелетных стволовых клеток – открытие, которое в конечном итоге может привести к новым методам лечения крупных переломов костей и восстановлению утраченных или поврежденных костей.

Работая вместе, команда физиков, химиков и экспертов по тканевой инженерии использовала специально разработанные золотые наночастицы для «поиска» определенных стволовых клеток костей человека, создавая флуоресцентное свечение, чтобы выявить их присутствие среди других типов клеток и позволить им быть изолированные или «обогащенные».

Исследователи пришли к выводу, что их новый метод проще и быстрее, чем другие методы, и до 50-500 раз более эффективен при обогащении стволовых клеток.

Исследование, проведенное профессором костно-мышечной науки Ричардом Ореффо и профессором Антониосом Канарасом из группы квантов, света и материи Школы физики и астрономии, опубликовано в ACS Nano – всемирно признанном многопрофильный журнал.

В лабораторных испытаниях исследователи использовали золотые наночастицы – крошечные сферические частицы, состоящие из тысяч атомов золота, покрытые олигонуклеотидами (цепями ДНК), чтобы оптически обнаружить сигнатуры специфической информационной РНК (мРНК) скелетных стволовых клеток в кости. костный мозг.

Когда происходит обнаружение, наночастицы выделяют флуоресцентный краситель, благодаря чему стволовые клетки становятся отличимыми от других окружающих клеток под микроскопом. Затем стволовые клетки могут быть отделены с помощью сложного процесса сортировки флуоресцентных клеток.

Стволовые клетки – это клетки, которые еще не специализированы и могут развиваться для выполнения различных функций. Идентификация скелетных стволовых клеток позволяет ученым выращивать эти клетки в определенных условиях, чтобы обеспечить рост и формирование костной и хрящевой ткани – например, для восстановления сломанных костей.

Среди проблем, создаваемых нашим стареющим населением, – потребность в новых и экономически эффективных подходах к восстановлению костей. Поскольку каждая третья женщина и каждый пятый мужчина подвержены риску остеопоротических переломов во всем мире, затраты значительны: одни только переломы костей обходятся европейской экономике в 17 миллиардов евро, а экономике США – в 20 миллиардов долларов ежегодно.

В рамках Группы совместных исследований костей Саутгемптонского университета профессор Ричард Ореффо и его команда уже более 15 лет изучают методы лечения костными стволовыми клетками, чтобы понять развитие костной ткани и образование костей и хрящей.

В тот же период профессор Антониос Канарас и его коллеги из группы «Квант, свет и материя» разрабатывали новые наноматериалы и изучали их применение в областях биомедицины и энергетики.

Это последнее исследование эффективно объединяет эти дисциплины и является примером того влияния, которое может принести совместная междисциплинарная работа.

Профессор Ореффо сказал : «Терапия на основе скелетных стволовых клеток предлагает одни из самых захватывающих и многообещающих направлений лечения заболеваний костей и регенеративной медицины костей для стареющего населения. В текущих исследованиях используются уникальные последовательности ДНК от мишеней, которые, как мы полагаем, может обогатить скелетные стволовые клетки, и, используя метод сортировки клеток с активацией флуоресценции (FACS), мы смогли обогатить костные стволовые клетки пациентов. Идентификация уникальных маркеров – это святой Грааль в биологии костных стволовых клеток, и, хотя у нас все еще есть способ go; эти исследования предлагают ступенчатое изменение нашей способности нацеливать и идентифицировать человеческие костные стволовые клетки и их захватывающий терапевтический потенциал ».

Профессор Ореффо добавил: «Важно то, что эти исследования демонстрируют преимущества междисциплинарных исследований для решения сложной проблемы современной молекулярной / клеточной биологии в сочетании с технологиями химической платформы наноматериалов».

Профессор Канарас сказал: «Соответствующий дизайн материалов важен для их применения в сложных системах. Настраивая химию наночастиц, мы можем программировать конкретные функции в их конструкции.

«В этом исследовательском проекте мы разработали наночастицы, покрытые короткими последовательностями ДНК, которые способны воспринимать мРНК HSPA8 и мРНК Runx2 в скелетных стволовых клетках, и вместе с передовыми стратегиями гейтинга FACS, чтобы обеспечить широкий ассортимент соответствующие клетки из костного мозга человека.

«Важный аспект дизайна наноматериалов включает стратегии регулирования плотности олигонуклеотидов на поверхности наночастиц, которые помогают избежать ферментативной деградации ДНК в клетках. Флуоресцентные репортеры на олигонуклеотидах позволяют нам наблюдать за состоянием наночастиц на разных этапах эксперимента, обеспечивая качество внутриклеточного сенсора ».

Оба ведущих исследователя также признают, что эти достижения стали возможными благодаря работе всех опытных научных сотрудников и докторантов, участвовавших в этом исследовании, а также сотрудничеству с профессором Томом Брауном и доктором Афафом Э-Сагиром из Оксфордского университета. который синтезировал большое количество функциональных олигонуклеотидов.

В настоящее время ученые применяют секвенирование РНК одной клетки к технологии платформы, разработанной с партнерами из Оксфорда и Института наук о жизни (IfLS) в Саутгемптоне, для дальнейшего уточнения и обогащения костных стволовых клеток и оценки функциональности. Затем команда предлагает перейти к клиническому применению с доклиническими исследованиями формирования кости, чтобы получить доказательства концептуальных исследований.

Работа стала возможной благодаря гранту проекта BBSRC профессору Ореффо и профессору Канарасу.

Источник: http://www.southampton.ac.uk