Наноразмерное управление регенеративной медициной

Манипуляции на наноуровне на поверхности материалов могут стимулировать дифференцировку клеток в специфические ткани, исключая необходимость использования факторов роста или транскрипции.

Исследователи стремятся найти способы контролировать клеточный ответ in vitro с помощью инженерных материалов для регенерации повреждённых или больных тканей. Последние исследования показывают, что наноразмерная структура материалов, на которых культивируются клетки, влияет на их пролиферацию и развитие в целевые ткани.

Учёные из Университета Малайи (д-р Белинда Пинггуан-Мёрфи и др.) совместно с проф. Шейхом Али Акбаром из Университета штата Огайо обобщили новейшие исследования о влиянии нанотопографии на регенеративные клеточные ответы.

Например, клетки человеческих фетальных остеобластов (участвующие в формировании кости) лучше росли на материалах с крошечными выступами на поверхности (высотой 11 нанометров) по сравнению с плоскими поверхностями или поверхностями с более высокими выступами. Они также лучше прикреплялись к поверхностям с наноразмерными ямками глубиной 14 нм или 29 нм по сравнению с плоскими поверхностями и поверхностями с ямками глубиной 45 нм.

Исследования также показали, что расстояние между ямками или выступами, а также их случайное или упорядоченное расположение влияют на реакцию остеобластов и стволовых клеток. Кроме того, наноразмерные бороздчатые поверхности заставляют эти клетки расти в направлении бороздок.

Как правило, при контакте материала с биологической жидкостью молекулы воды быстро связываются с поверхностью, после чего присоединяются ионы хлорида и натрия. Затем на этой поверхности адсорбируются белки. Образующаяся смесь белков, а также их трёхмерная форма и ориентация относительно топографии поверхности посылают сигналы клеткам, влияя на их прикрепление и распространение.

Дальнейшие исследования в этой области могут привести к разработке клинических протезов с топографией, способной напрямую модулировать судьбу стволовых клеток, позволяя адаптировать рост и развитие клеток под конкретное применение без использования потенциально вредных химических веществ, пишут исследователи в обзоре, опубликованном в журнале Science and Technology of Advanced Materials. Однако разработка недорогих, высокопроизводительных методов изготовления, позволяющих создавать специфические нанотопографии, остаётся сдерживающим фактором.