Новая методика со стволовыми клетками перспективна для восстановления костей
Исследователи из UNIST разработали новый метод восстановления повреждённой костной ткани с использованием стволовых клеток костного мозга человека и фотокаталитического углеродного материала. Метод может привести к созданию эффективных методов лечения травм скелетной системы, таких как переломы или пародонтит.
Исследование провели профессор Ёнгкё Сео (науки о жизни) и доктор Джитендра Н. Тивари (химия) совместно с профессорами Квангом С. Кимом (естественные науки), Панн-Гиллом Су (науки о жизни) и семью другими учёными из UNIST.
В работе сообщается, что листы нитрида углерода (C₃N₄), поглощающие красный свет, приводят к значительной пролиферации и остеогенной дифференцировке за счёт активации транскрипционного фактора Runx2 — ключевого фактора, связанного с дифференцировкой остеобластов.
Результаты опубликованы в январском номере журнала ACS Nano. Ожидается, что это открытие может способствовать улучшению регенерации костной ткани.
Мезенхимальные стволовые клетки костного мозга человека (hBMSCs) уже успешно применялись в лечении переломов благодаря их способности регенерировать кость. В последнее время предпринимались попытки улучшить функцию стволовых клеток с помощью углеродных нанотрубок, графенов и нанооксидов.
В данном исследовании профессор Ким и профессор Су изучили листы C₃N₄. Они обнаружили, что этот материал поглощает красный свет, а затем испускает флуоресценцию, которую можно использовать для ускорения регенерации кости. Команда профессора Кима синтезировала производные углерода и азота из соединений меламина. Анализ показал, что листы C₃N₄ поглощают свет в диапазоне длин волн 455–635 нанометров (нм). В жидком состоянии при воздействии красного света (635 нм) листы C₃N₄ испускали флуоресценцию. Высвобождаемые при этом электроны индуцировали накопление кальция в цитоплазме.
Профессор Су исследовал биомедицинское применение материала. Стволовые и раковые клетки культивировали в среде, содержащей 200 мкг/мл листов C₃N₄. После двух дней тестирования материал не показал цитотоксичности, что делает его пригодным для использования в качестве биоматериала.
Также было подтверждено, что листы C₃N₄ способствуют дифференцировке стволовых клеток в остеобласты и стимулируют минералообразование. В этом процессе наблюдалась пролиферация генов-маркеров остеогенной дифференцировки (ALP, BSP и OCN). Кроме того, активировался Runx2 — ключевой фактор дифференцировки остеобластов. В результате дифференцировка остеобластов усиливалась, а формирование кости ускорялось.
«Это исследование открывает возможность разработки нового лекарства для эффективного лечения повреждений скелета, таких как переломы и остеопороз», — сказал профессор Ёнг-Кё Сео. — «Оно станет очень полезным инструментом для создания искусственных суставов и зубов с использованием 3D-печати».
Он добавил, что это важная веха в анализе биомеханических функций, необходимых для разработки биоматериалов, включая адъюванты для твёрдых тканей, таких как повреждённые кости и зубы.
Исследователи ожидают, что их результаты подтверждают потенциал листов C₃N₄ в развитии костеобразования и направлении hBMSCs на регенерацию кости.
Исследование выполнено при поддержке Национальной программы «Учёный почёта» и проекта по разработке технологий для старения, продвигаемого Министерством науки, ИКТ и планирования будущего Республики Корея.