Группа исследователей из Южной Кореи успешно разработала новую технологию, которая объединяет nanoparticles (наночастицы) со стволовыми клетками для значительного улучшения регенерации костной ткани в трёхмерном пространстве. Это достижение знаменует собой шаг вперёд в лечении переломов и травм костей, а также в регенеративной медицине нового поколения.
Исследование опубликовано в журнале ACS Biomaterials Science & Engineering.
Разработка нанобиогибридов
Доктор Ки Ён Ким и её команда из Корейского научно-исследовательского института химических технологий (KRICT) в сотрудничестве с профессором Лаурой Ха из Университета Сунмун создали наночастицу-стволовую клетку, названную нанобиогибридом. Для этого они интегрировали мезопористые кремнезёмные наночастицы (mSiO₂ NPs) с мезенхимальными стволовыми клетками, полученными из жировой ткани человека (hADMSCs).
Полученные гибридные клетки продемонстрировали заметно повышенную остеогенную (костеобразующую) способность.
Преодоление проблем трёхмерной агрегации стволовых клеток
Трёхмерные агрегаты стволовых клеток, такие как сфероиды и органоиды, уже давно используются для имитации структур органов и тканей. Однако они страдали от гибели клеток в центре и неравномерной дифференцировки из-за плохого проникновения кислорода и питательных веществ, что ограничивало их практическое использование в регенерации костей и оценке лекарственных препаратов.
Чтобы преодолеть эти проблемы, исследовательская группа равномерно прикрепила наночастицы к поверхностям стволовых клеток, позволяя клеткам переплетаться и формировать стабильные сферические кластеры. Наночастицы функционируют как структурные каркасы и остеогенные стимуляторы, медленно высвобождая биомолекулы, способствующие образованию кости, которые направляют стволовые клетки к равномерной дифференцировке в костную ткань.
Результаты экспериментов
Экспериментальные результаты показали, что нанобиогибридные сфероиды продемонстрировали более высокую жизнеспособность клеток и равномерную остеогенную дифференцировку по сравнению с обычными сфероидами.
В модели дефекта черепа мыши (черепной коробки) имплантированные нанобиогибридные сфероиды регенерировали 36% повреждённой площади кости в течение шести недель, что примерно в 1,3 раза превысило регенерацию кости по сравнению со сфероидами, состоящими только из стволовых клеток.
Перспективы
Хотя исследование в настоящее время находится на доклинической стадии на животных, исследователи ожидают, что эта платформа может быть дополнительно разработана в трансплантаты костей для пациентов после подтверждения на крупных животных моделях и в клинических исследованиях.
Доктор Ки Ён Ким прокомментировала: «Этот подход может быть распространён не только на кости, но и на регенерацию различных тканей, таких как хрящи и кожа».
Президент KRICT доктор Ён-Кук Ли добавил: «Мы надеемся, что наша регенеративная технология на основе стволовых клеток поможет улучшить лечение пациентов с переломами костей в стареющем обществе».
Предоставлено Национальным советом по научным и технологическим исследованиям.