Le cellule staminali mesenchimali umane (hMSC) sono risultate dai seguenti passaggi:ogni tipo di nanoparticelle d'oro è stato aggiunto alle hMSC, e le cellule trattate sono state coltivate per 3 settimane. Le cellule hanno ricevuto la colorazione con fosfatasi alcalina (ALP) o la colorazione con rosso di alizarina (ARS) dei depositi di fosfato di calcio, entrambi sono indicatori di differenziazione osteogenica. Per confronto sono stati condotti anche esperimenti di controllo con nanoparticelle d'oro non modificate e hMSC non trattate. Nelle immagini in alto, Le cellule ALP positive sono state colorate di viola mentre gli agglomerati di nanoparticelle d'oro sono stati rilevati come punti blu. Nelle immagini in basso, macchie rosse simili a ragnatele rappresentano depositi di fosfato di calcio mentre punti viola bluastri indicano agglomerati di nanoparticelle d'oro. Tutte le barre della scala sono 500 μm. Credito:MANA, NIMS
Unità di materiali per la rigenerazione dei tessuti presso il MANA, NIMS ha sviluppato con successo nanoparticelle d'oro che hanno superfici funzionali e agiscono sulla differenziazione osteogenica delle cellule staminali.
Unità di materiali per la rigenerazione dei tessuti (Guoping Chen, Direttore dell'Unità) presso il Centro Internazionale di Nanoarchitettura dei Materiali (MANA) (Masakazu Aono, Direttore generale, MANA), Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali (NIMS (Sukekatsu Ushioda, President)) ha sviluppato con successo nanoparticelle d'oro che hanno superfici funzionali e agiscono sulla differenziazione osteogenica delle cellule staminali. Questo risultato della ricerca è stato pubblicato nella versione online della rivista Biomateriali il 6 aprile 2015.
Nella medicina rigenerativa, la tecnologia per controllare le funzioni delle cellule staminali come la differenziazione e la proliferazione è indispensabile. È stato riportato che particelle d'oro nanometriche promuovono la differenziazione delle cellule staminali mesenchimali umane in osteoblasti. Anche, altri studi hanno suggerito che vari gruppi funzionali come amino, gruppi carbossilici e idrossilici promuovono o inibiscono la differenziazione delle cellule staminali. Sulla base di questi rapporti, abbiamo ipotizzato che le nanoparticelle d'oro con superficie modificata con gruppi funzionali siano un candidato promettente per controllare le funzioni delle cellule staminali. Però, gli effetti specifici di tali particelle sulla differenziazione delle cellule staminali mesenchimali umane erano sconosciuti.
Abbiamo sintetizzato nanoparticelle d'oro con superficie modificata con uno dei seguenti gruppi funzionali:un gruppo amminico caricato positivamente (-NH2), un gruppo carbossilico caricato negativamente (-COOH) o un gruppo ossidrile neutro (-OH), e identificato come influenzano la differenziazione osteogenica delle cellule staminali mesenchimali derivate dal midollo osseo umano. Tra questi tre tipi di nanoparticelle, quelli con i gruppi carbossilici sono stati assorbiti dalle cellule e hanno mostrato un forte effetto inibitorio sulla differenziazione ossea rispetto agli altri tipi di nanoparticelle. Per di più, abbiamo studiato l'effetto delle nanoparticelle d'oro con gruppi carbossilici sul profilo di espressione genica delle cellule staminali mesenchimali dal midollo osseo umano. I risultati hanno indicato che le nanoparticelle hanno inibito diverse espressioni geniche correlate alla differenziazione osteogenica. Perciò, l'influenza delle nanoparticelle d'oro sulla promozione o l'inibizione della differenziazione osteogenica variava a seconda dei tipi di gruppi funzionali.
In vista della medicina rigenerativa, è essenziale sviluppare una tecnologia che consenta di controllare le funzioni delle cellule staminali, nonché cellule staminali sicure e di alta qualità. In questo studio, abbiamo tentato di controllare le funzioni delle cellule staminali attraverso la manipolazione del materiale, ei nostri risultati contribuiranno alla creazione di nuovi nanomateriali che facilitano il progresso della manipolazione delle cellule staminali. Intendiamo basarci su questi risultati nei nostri sforzi futuri nello sviluppo della medicina rigenerativa.
