Per secoli, le civiltà hanno utilizzato materiali inorganici presenti in natura per le loro proprietà curative percepite. Gli egiziani pensavano che il minerale di rame verde aiutasse l'infiammazione degli occhi, i cinesi usavano il cinabro per il bruciore di stomaco e i nativi americani usavano l'argilla per ridurre il dolore e l'infiammazione.
Guardando avanti fino ad oggi, i ricercatori della Texas A&M University stanno ancora scoprendo modi in cui i materiali inorganici possono essere utilizzati per la guarigione.
In due articoli pubblicati di recente, il dottor Akhilesh Gaharwar, professore dotato di Tim e Amy Leach presso il Dipartimento di ingegneria biomedica, e la dottoressa Irtisha Singh, professore assistente presso il Dipartimento di biologia cellulare e genetica, hanno scoperto nuovi modi in cui i materiali inorganici possono aiutare riparazione e rigenerazione dei tessuti.
Il primo articolo, pubblicato su Acta Biomaterialia , spiega che i percorsi cellulari per la formazione di ossa e cartilagine possono essere attivati nelle cellule staminali utilizzando ioni inorganici. Il secondo articolo, pubblicato su Advanced Science , esplora l'uso di nanomateriali a base minerale, in particolare nanosilicati 2D, per favorire la rigenerazione muscoloscheletrica.
"Queste indagini applicano metodi molecolari all'avanguardia e ad alto rendimento per chiarire come i biomateriali inorganici influenzano il comportamento delle cellule staminali e i processi rigenerativi dei tessuti", ha affermato Singh.
La capacità di indurre la formazione ossea naturale promette miglioramenti nei risultati del trattamento, nei tempi di recupero del paziente e nella riduzione della necessità di procedure invasive e farmaci a lungo termine.
"Migliorare la densità e la formazione ossea nei pazienti affetti da osteoporosi, ad esempio, può aiutare a mitigare i rischi di fratture, portare a ossa più forti, migliorare la qualità della vita e ridurre i costi sanitari", ha affermato Gaharwar. "Queste intuizioni aprono prospettive entusiasmanti per lo sviluppo di biomateriali di prossima generazione che potrebbero fornire un approccio più naturale e sostenibile alla guarigione."
Gaharwar ha affermato che il nuovo approccio differisce dagli attuali metodi di rigenerazione che si basano su molecole organiche o di derivazione biologica e fornisce soluzioni su misura per problemi medici complessi.
"Uno dei risultati più significativi della nostra ricerca è la capacità di questi nanosilicati di stabilizzare le cellule staminali in uno stato favorevole alla rigenerazione del tessuto scheletrico", ha affermato. "Ciò è fondamentale per promuovere la crescita ossea in modo controllato e sostenuto, che rappresenta una sfida importante nelle attuali terapie rigenerative."
Gaharwar prevede di continuare a sviluppare biomateriali per applicazioni cliniche. Utilizzerà biomateriali inorganici insieme a tecniche di biostampa 3D per progettare impianti ossei personalizzati per lesioni ricostruttive.
"Nella chirurgia ricostruttiva, in particolare per i difetti craniofacciali, la crescita ossea indotta è fondamentale per ripristinare sia la funzione che l'aspetto, vitali per funzioni essenziali come masticare, respirare e parlare", ha affermato. "Indurre la formazione ossea ha diverse applicazioni critiche in ortopedia e odontoiatria."
L'ex studentessa laureata in ingegneria biomedica, la dottoressa Anna Kersey '23, è stata l'autrice principale dell'articolo pubblicato su Acta Biomaterialia e la studentessa laureata in ingegneria biomedica Aparna Murali è stata l'autrice principale dell'articolo successivo pubblicato su Advanced Science .
"Questo approccio non solo collega le pratiche antiche con i moderni metodi scientifici, ma riduce anche al minimo l'uso di terapie proteiche, che comportano il rischio di indurre una crescita anormale dei tessuti e formazioni cancerose", ha affermato Gaharwar.
"Collessivamente, questi risultati chiariscono il potenziale dei biomateriali inorganici di agire come potenti mediatori nell'ingegneria tissutale e nelle strategie rigenerative, segnando un significativo passo avanti nel campo."
Ulteriori informazioni: Anna L. Kersey et al, Gli ioni inorganici attivano le reti di regolamentazione dei geni specifici del lignaggio, Acta Biomaterialia (2024). DOI:10.1016/j.actbio.2024.03.020
Aparna Murali et al, I biomateriali inorganici modellano il profilo del trascrittoma per indurre la differenziazione endocondrale, Scienza avanzata (2024). DOI:10.1002/advs.202402468
Informazioni sul giornale: Scienza avanzata , Acta Biomaterialia
Fornito dal Texas A&M University College of Engineering
