Стволовые клетки могут развиваться во множество различных типов клеток в организме. Например, когда человек получает травму, стволовые клетки попадают в место травмы и помогают заживлению поврежденных тканей. Новая нанотехнология, разработанная группой исследователей из Техасского университета A&M, может использовать регенеративный потенциал организма, направляя стволовые клетки на формирование костной ткани.

Группу возглавляет Ахилеш К. Гахарвар, адъюнкт-профессор и президентский научный сотрудник отдела биомедицинской инженерии и научный сотрудник Американского института медицинской и биологической инженерии. Исследователи разработали водостойкие наночастицы двумерного ковалентного органического каркаса (COF) , которые могут направлять дифференцировку мезенхимальных стволовых клеток человека в костные клетки.

Значительное внимание исследователей было уделено 2D COF — пористым органическим полимерам — из-за их кристалличности, упорядоченной и регулируемой пористой структуры и высокой удельной поверхности. Однако сложность переработки COF в наноразмерные материалы, наряду с их плохой стабильностью, ограничивает их применение в регенеративной медицине и доставке лекарств . Необходимы новые подходы, обеспечивающие этим COF достаточную физиологическую стабильность при сохранении их биосовместимости.

Команда Гахарвара улучшила гидролитическую (водную) стабильность COF, объединив их с амфифильными полимерами, которые представляют собой макромолекулы, содержащие как гидрофобные, так и гидрофильные компоненты. Этот подход, о котором ранее не сообщалось, придает COF диспергируемость в воде, что позволяет применять эти наночастицы в биомедицинских целях.

«Насколько нам известно, это первый отчет, демонстрирующий способность COF направлять стволовые клетки в костную ткань », — сказал Гахарвар. «Эта новая технология может повлиять на лечение регенерации кости».

Исследователи обнаружили, что 2D COF не влияют на жизнеспособность и пролиферацию клеток даже при более высоких концентрациях. Они заметили, что эти 2D COF проявляют биологическую активность и направляют стволовые клетки к костным клеткам. Предварительное исследование показало, что форма и размер этих наночастиц могут придавать эту биологическую активность, и необходимо провести дополнительные углубленные исследования для понимания механизмов.

Эти наночастицы очень пористые, и команда Гахарвара использовала это уникальное свойство для доставки лекарств. Им удалось загрузить остеоиндуцирующий препарат под названием дексаметазон в пористую структуру COF для дальнейшего усиления формирования кости.

«Эти наночастицы могут продлевать доставку лекарств к мезенхимальным стволовым клеткам человека, которые обычно используются для регенерации костей», — сказал Суканья Бхуния, старший автор исследования и научный сотрудник отдела биомедицинской инженерии. «Продолжительная доставка препарата привела к усиленной дифференцировке стволовых клеток в сторону костной линии, и этот метод можно использовать для регенерации костей».

Гахарвар отметил, что, предоставив доказательство концепции, следующим шагом команды в своих исследованиях будет оценка этой нанотехнологии на больной модели.

Эти результаты важны для будущей разработки биоматериалов, которые могут указать направления для регенерации тканей и приложений для доставки лекарств.

Результаты были опубликованы в журнале Advanced Healthcare Materials. Другими участниками исследования являются Маниш Джайсвал, Канвар Абхай Сингх и Кайвалья Део из отдела биомедицинской инженерии Texas A&M.