Ученые используют нанотехнологии для обнаружения стволовых клеток, заживляющих кости

Исследователи из Университета Саутгемптона разработали новый способ использования наноматериалов для идентификации и обогащения скелетных стволовых клеток. Это открытие может в перспективе привести к новым методам лечения серьезных переломов и восстановления утраченной или поврежденной костной ткани.

Междисциплинарная команда физиков, химиков и специалистов по тканевой инженерии использовала специально разработанные наночастицы золота, чтобы «отыскивать» специфические человеческие костные стволовые клетки. Частицы создавали флуоресцентное свечение, выявляя их присутствие среди других типов клеток и позволяя их изолировать или «обогатить».

Новый метод оказался проще и быстрее других существующих подходов и в 50–500 раз эффективнее в обогащении стволовых клеток. Исследование под руководством профессора Ричарда Ореффо и профессора Антониоса Канараса опубликовано в журнале ACS Nano.

Как это работает

В лабораторных тестах ученые использовали наночастицы золота, покрытые олигонуклеотидами (цепочками ДНК), для оптического детектирования специфических сигнатур матричной РНК (mRNA) скелетных стволовых клеток в костном мозге. При обнаружении целевой mRNA наночастицы высвобождают флуоресцентный краситель, что делает стволовые клетки видимыми под микроскопом и отличимыми от окружающих клеток. Затем клетки можно отделить с помощью усовершенствованного процесса Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS).

Значение открытия

Идентификация скелетных стволовых клеток позволяет ученым выращивать их в контролируемых условиях для формирования костной и хрящевой ткани, что может помочь в лечении переломов. Это особенно актуально для стареющего населения: каждый третий перелом в мире связан с остеопорозом, а ежегодные затраты на лечение переломов составляют €17 млрд в Европе и $20 млрд в США.

Профессор Ореффо отметил: «Терапия на основе скелетных стволовых клеток предлагает одни из самых захватывающих перспектив для лечения заболеваний костей и регенеративной медицины... Идентификация уникальных маркеров — это "святой Грааль" в биологии костных стволовых клеток».

Профессор Канарас добавил: «Правильный дизайн материалов необходим для их применения в сложных системах. Кастомизируя химию наночастиц, мы можем программировать определенные функции... В этом проекте мы создали частицы, способные чувствовать mRNA HSPA8 и Runx2 в скелетных стволовых клетках».

Дальнейшие шаги

Ученые уже применяют секвенирование РНК единичных клеток к разработанной платформенной технологии, чтобы further уточнить и обогатить популяцию костных стволовых клеток и оценить их функциональность. Следующим этапом станут доклинические исследования по формированию кости для подтверждения концепции, с последующим переходом к клиническому применению.