Наностолбики оксида графена Руководство по дифференцировке скелетных мышц

Наностолбики оксида графена Руководство по дифференцировке скелетных мышц

Новое исследование было опубликовано в журнале Nano Convergence по регенерации ткани скелетных мышц с целью использования нанотехнологий для управления дифференцировкой мышц.

Исследование: Наностолбики наноразмерных размеров, покрытые оксидом графена, на полимерных решетках с микроканавками, которые усиливают дифференцировку клеток скелетных мышц. Изображение предоставлено: Rattiya Thongdumhyu / Shutterstock.com

Здесь исследователи использовали нанотехнологию для управления дифференцировкой мышц с наностолбиками, модифицированными оксидом графена (sGO), на микроканавках гибридного полимерного массива (NMPA).

Решение текущих проблем дегенерации скелета

Скелетные мышцы играют важную роль в движениях тела и дыхании; мышечные клетки сокращаются и высвобождаются из-за сложных биохимических сигналов, генерируемых и передаваемых периферической и нервной системами.

Наностолбики оксида графена Руководство по дифференцировке скелетных мышц

Использование наноразмерных наностолбиков, модифицированных оксидом графена, на полимерном массиве с микроканавками для дифференциации мышц. Изображение предоставлено: Чой, Х. и др.

Мышечная ткань преимущественно состоит из длинных постмитотических многоядерных волокон, и поддержание этой ткани обеспечивается близко расположенными сателлитными клетками.

Мышечные сателлитные клетки или сателлитные стволовые клетки могут активироваться стимулами, такими как физическая травма или сигналы роста, приводящие к их клеточным делениям, либо увеличивая их количество, либо приводя к появлению предшественников. Размножение и дифференциация миогенных предшественников посредством слияния друг с другом или с поврежденными волокнами позволяет восстановить поврежденные волокна, а также связанную с ними функцию.

Это важно для поддержания здоровья мышц, потеря которого может привести к многочисленным проблемам со здоровьем, включая хронические воспалительные заболевания, рак и неврологические расстройства. Атрофия мышц и усталость, связанные с заболеванием, имеют большое значение, поскольку слабость скелетных мышц может привести к увеличению времени госпитализации, ограничению физических упражнений и общему низкому качеству жизни.

В то время как естественные механизмы восстановления могут помочь при небольших нарушениях здоровья скелетных мышц, при потере массивных мышечных пучков или повреждении из-за генетических аномалий и мутаций, естественный механизм восстановления неэффективен.

Интересно, что факторы регенерации скелетных мышц могут быть многообещающими для решения проблемы дегенерации мышечной ткани.

Новое исследование было сосредоточено на создании in vitro мышечных клеток посредством контроля дифференцировки мультипотентных стволовых клеток или унипотентных домиогенных клеток, таких как миобласты.

Наностолбики оксида графена Руководство по дифференцировке скелетных мышц

Подтверждение влияния оксида графена на поведение клеток. a FE-SEM-изображения структур PR нанотверстий и PDMS наностолбиков, и b распределение размеров PDMS структур. Карта интенсивности комбинационного рассеяния для чистого PDMS, LGO-, 10-sGO- и 5-sGO-модифицированного PDMS. b Изображения с конфокальной микроскопии клеток на голом PDMS, LGO-, 10-sGO- и 5-sGO-модифицированном PDMS, иммуноокрашенном актином (красный) и Hoechst (синий). c − e Площадь распространения клеток ( c ), округлость ( d ) и соотношение сторон ( e ) клеток на голый ПДМС, ПДМС, модифицированный LGO, 10-sGO и 5-sGO. f Схематическая диаграмма процесса обработки трипсином и центрифугированием. g h Соотношение клеток, остающееся на PDMS, LGO-, 10-sGO- и 5-sGO-модифицированном PDMS после трипсина ( g ) и центрифугирования ( h ) лечение. (* P ≤ 0,5, ** p ≤ 0,01, *** p ≤ 0,001). Изображение предоставлено: Чой, Х. и др.

Вызывание дифференцировки клеток скелетных мышц

Наиболее распространенный метод индукции дифференцировки клеток скелетных мышц включает использование среды для культивирования, содержащей различные факторы миогенной дифференцировки, включая FGF, TGF-β и IGF. Это потенциально может модулировать клеточное микроокружение, включая внеклеточный матрикс (ЕСМ), и влиять на состояние клеток.

Новаторская исследовательская группа использовала наноразмерный оксид графена (sGO) различных размеров на микроканавчатом гибридном полимерном массиве (NMPA), чтобы исследовать наиболее эффективный метод контроля дифференцировки клеток скелетных мышц.

Введение оксида графена (GO) может повысить уровни адгезии клеток на полимерных массивах и наноструктурах с микрорельефами с помощью таких методов, как сканирующая электронная микроскопия и рамановская спектроскопия.

Приведенная выше схематическая диаграмма может проиллюстрировать, как наностолбики наноразмерных размеров, модифицированные оксидом графена, на полимерном массиве с микроканавками могут быть использованы для засева клеток скелетных мышц и обеспечения улучшенной адгезии клеток наряду с массивами гибридных рисунков, таких как наноразмеры и микрошаблоны.

В этом исследовании были исследованы три различных параметра: разрастание клеток, округлость и соотношение сторон линии миобластных клеток C2C12. Эффективность дифференцировки клеток скелетных мышц этой линии клеток оценивали с помощью иммунофлуоресценции.

Это новое исследование привело к поразительно положительным результатам, которые позволили улучшить производство клеток скелетных мышц. Было обнаружено, что массивы гибридных паттернов, используемые исследователями, улучшают распространение и выравнивание клеток. Кроме того, с включением оксида графена в массив гибридных рисунков одновременно увеличилась дифференциация клеток и стабильная культура клеток на полимерной подложке.

Наностолбики оксида графена Руководство по дифференцировке скелетных мышц

Подтверждение миогенной дифференцировки клеток. a Яркие изображения ячеек на голом PDMS, LG-NMPA, 10-sG-NMPA и 5-sGO-NMPA. b Изображения с конфокальной микроскопии клеток на голом PDMS, LG-NMPA, 10-sG-NMPA и 5-sGO-NMPA, иммуноокрашенных α-актином (зеленый), MHC (красный) и Hoechst ( Синий). c График средней интенсивности, деленной на количество ядер. d Схематическая диаграмма корреляции между размером ГО и дифференцировкой клеток на основе данных средней интенсивности. (* P ≤ 0,5). Изображение предоставлено: Чой, Х. и др.

Будущее возрождения

Эта новая регенеративная стратегия с использованием NMPA, покрытого GO, может рассматриваться как эффективная платформа для дифференцировки клеток скелетных мышц. Это исследование является важным шагом для развития области регенеративной медицины, а также технологии биороботов, включающей мышечные клетки и полимерные субстраты.

Использование этого исследования для тканевой инженерии обеспечивает основу для дальнейших исследований потенциально новых методов лечения, которые могут воздействовать на повреждение клеток скелетных мышц после травм, а также генетические мутации и нарушения.

Расширение области медицины таким образом может быть революционным для тканевой инженерии и регенерации и позволяет уделять особое внимание уходу за пациентами, обеспечивая хорошее качество жизни для стареющего населения.

Читать далее: Процессы окисления-восстановления для производства графена и оксидов графена.

Ссылка:

Чой, Х., Ким, С., Ли, С., Ким, Т. и О, Б., (2021) Наностолбики наноразмерного размера, покрытые оксидом графена, на полимерных решетках с микроканавками, которые усиливают дифференцировку клеток скелетных мышц. Нано конвергенция 8 (1). Доступно по адресу: https://nanoconvergencejournal.springeropen.com/articles/10.1186/s40580-021-00291-6

Дополнительная литература:

Дюмон, Н., Бенцингер, К., Синнес, М. и Рудницки, М., (2015) Клетки-сателлиты и регенерация скелетных мышц. Комплексная физиология стр.1027-1059. Доступно по адресу: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cphy.c140068

Пауэрс С., Линч Г., Мерфи К., Рид М. и Зейдевинд И. (2016) Атрофия и усталость скелетных мышц, вызванная заболеванием. Медицина и наука в спорте и упражнениях 48 (11), pp.2307-2319. Доступно по адресу: https://journals.lww.com/acsm-msse/Fulltext/2016/11000/Disease_Induced_Skeletal_Muscle_Atrophy_and. 28.aspx

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Source link