Uno studio recente, affiliato con l'UNIST ha sviluppato un nuovo metodo per riparare l'osso danneggiato utilizzando cellule staminali da midollo osseo umano e un materiale di carbonio con proprietà fotocatalitiche, che potrebbe portare a potenti trattamenti per le lesioni del sistema scheletrico, come fratture o malattie parodontali.

Questa ricerca è stata condotta congiuntamente dal Professor Youngkyo Seo di Scienze della Vita e dal Dr. Jitendra N. Tiwari di Chimica in collaborazione con il Professor Kwang S. Kim di Scienze Naturali, Professor Pann-Ghill Suh di Scienze della vita, e altri sette ricercatori dell'UNIST.

Nello studio, il team di ricerca ha riferito che i fogli di nitruro di carbonio (C₃N₄) che assorbono la luce rossa portano a una notevole proliferazione e differenziazione osteogenica mediante l'attivazione del fattore di trascrizione 2 (Runx2) correlato al runt, un fattore di trascrizione chiave associato alla differenziazione degli osteoblasti.

I risultati dello studio sono stati pubblicati nel numero di gennaio di ACS Nano rivista. Il team di ricerca prevede che questa scoperta potrebbe portare a un miglioramento della rigenerazione ossea.

L'uso di cellule staminali mesenchimali derivate dal midollo osseo umano (hBMSCs) è stato provato con successo nel trattamento delle fratture grazie al loro potenziale di rigenerare l'osso in pazienti che hanno perso ampie aree di osso a causa di malattie o traumi. Recentemente, sono stati fatti molti tentativi per migliorare la funzione delle cellule staminali utilizzando nanotubi di carbonio, grafene, e nano-ossidi.

Nello studio, Il professor Kim e il professor Suh hanno esaminato i fogli C₃N₄. Hanno scoperto che questo materiale assorbe la luce rossa e quindi emette fluorescenza, che può essere utilizzato per accelerare la rigenerazione ossea. Il team del professor Kim ha sintetizzato derivati ​​dell'azoto di carbonio dai composti della melamina. Quindi, hanno analizzato le caratteristiche di assorbimento della luce dei fogli C₃N₄ a un intervallo di lunghezze d'onda di 455-635 nanometri (nm). Di conseguenza, si è scoperto che i fogli C₃N₄ emettono fluorescenza alla lunghezza d'onda di 635 nm quando esposti a luce rossa allo stato liquido. A quest'ora, gli elettroni rilasciati inducevano il calcio ad accumularsi nel citoplasma.

Il professor Suh ha condotto un'applicazione biomedica di questo materiale. Primo, le cellule staminali e le cellule cancerose sono state coltivate in un terreno contenente 200 μg/ml di fogli C₃N₄. Dopo due giorni di test, il materiale non ha mostrato citotossicità, rendendolo utile come biomateriali.

È stato anche confermato che i fogli C₃N₄ agiscono sulle cellule staminali per differenziarsi in osteoblasti per promuovere la formazione di minerali. In questo processo, i geni marcatori di differenziazione osteogenica (ALP, BSP, e OCN) proliferarono. Inoltre, il Rux2 (fattore di trascrizione correlato a runt 2), è stato inoltre attivato un fattore chiave nella differenziazione degli osteoblasti. Ciò ha comportato una maggiore differenziazione degli osteoblasti e una formazione ossea accelerata.

"Questa ricerca ha aperto la possibilità di sviluppare un nuovo medicinale che tratti efficacemente le lesioni scheletriche, come fratture e osteoporosi, " ha affermato il professor Young-Kyo Seo. "Sarà uno strumento molto utile per realizzare articolazioni e denti artificiali con l'uso della stampa 3D".

Aggiunge, "Si tratta di un'importante pietra miliare nell'analisi delle funzioni biomeccaniche necessarie per lo sviluppo di biomateriali, compresi gli adiuvanti per i tessuti duri come ossa e denti danneggiati".

Il team di ricerca si aspetta che i loro risultati affermino il potenziale dei fogli C₃N₄ nello sviluppo della formazione ossea e nel dirigere le hBMSC verso la rigenerazione ossea.

Questa ricerca è stata condotta con il supporto del National Honor Scientist Program e il progetto di sviluppo tecnologico della fonte di invecchiamento, promosso dal Ministero della Scienza coreano, ICT e pianificazione futura.