La manipolazione su nanoscala sulla superficie dei materiali potrebbe stimolare le cellule a differenziarsi in tessuti specifici, eliminando l'uso di fattori di crescita o di trascrizione.

I ricercatori stanno cercando di trovare modi per controllare la risposta cellulare in vitro utilizzando materiali ingegnerizzati nella continua ricerca di rigenerare i tessuti feriti o malati. Recenti studi hanno scoperto che la struttura su scala nanometrica dei materiali, su cui tali cellule sono coltivate, influenzano il modo in cui proliferano e si sviluppano nei tessuti che dovrebbero diventare.

Scienziati dell'Università della Malesia in Malesia, Dr. Belinda Pingguan-Murphy et al., insieme al Prof. Sheikh Ali Akbar dell'Ohio State University, ha esaminato la ricerca più recente su come le topografie su nanoscala influenzino le risposte rigenerative cellulari.

Per esempio, È stato scoperto che le cellule osteoblastiche fetali umane coinvolte nella formazione dell'osso crescono meglio su materiali che avevano piccole sporgenze sulle loro superfici (11 nanometri di altezza) rispetto a superfici che erano piatte o avevano sporgenze più alte. Si sono anche attaccati meglio alle superfici con fossette nanometriche profonde 14 nm o 29 nm rispetto alle superfici piatte e alle superfici con fosse profonde 45 nm.

La ricerca ha anche scoperto che la distanza tra le fosse o le sporgenze e se sono casuali o altamente ordinate influenzano anche il modo in cui gli osteoblasti e le cellule staminali rispondono. Inoltre, le superfici scanalate su scala nanometrica fanno sì che queste cellule crescano nella direzione delle scanalature.

In genere, quando un materiale è esposto a un fluido biologico, le molecole d'acqua si legano rapidamente alla superficie seguita dall'incorporazione di ioni cloruro e sodio. Le proteine ​​poi si adsorbono su questa superficie. La risultante miscela di proteine, nonché la loro forma tridimensionale e l'orientamento rispetto alla topografia superficiale, invia segnali alle cellule che influenzano il loro attaccamento e diffusione.

Ulteriori ricerche in questo settore possono portare allo sviluppo di protesi cliniche con topografie in grado di modulare direttamente il destino delle cellule staminali, che consente di adattare la crescita e lo sviluppo cellulare a un'applicazione specifica senza utilizzare sostanze chimiche potenzialmente dannose, scrivono i ricercatori nella loro recensione pubblicata sulla rivista di Scienza e tecnologia dei materiali avanzati . Però, sviluppo a basso costo, le tecniche di fabbricazione ad alto rendimento che consentono lo sviluppo di nano-topografie specifiche è ancora un fattore limitante.