Le cellule staminali umane hanno mostrato un potenziale in medicina in quanto possono trasformarsi in vari tipi di cellule specializzate come le cellule ossee e cartilaginee. L'approccio attuale per ottenere tali cellule specializzate consiste nel sottoporre le cellule staminali a molecole proteiche istruttive specializzate note come fattori di crescita. Però, l'uso di fattori di crescita nel corpo umano può generare effetti dannosi tra cui la crescita indesiderata dei tessuti, come un tumore.

I ricercatori della Texas A&M University hanno esplorato una nuova classe di nanoparticelle di argilla che possono indirizzare le cellule staminali a diventare cellule ossee o cartilaginee.

Dottor Akhilesh Gaharwar, professore a contratto presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica, e i suoi studenti hanno dimostrato che un tipo specifico di nanoparticelle bidimensionali (2-D), noti anche come nanosilicati, può far crescere tessuto osseo e cartilagineo dalle cellule staminali in assenza di fattori di crescita. Queste nanoparticelle hanno una forma simile ai semi di lino, ma di dimensioni 10mila volte inferiori. Il loro lavoro, "Cambiamenti diffusi nel profilo del trascrittoma delle cellule staminali mesenchimali umane indotte da nanosilicati bidimensionali, " è stato pubblicato in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze questa settimana.

I nanomateriali bidimensionali hanno guadagnato una crescente popolarità in una varietà di campi, come l'energia, ottica e ingegneria rigenerativa, grazie alle loro dimensioni estremamente ridotte e alla forma unica. Queste nanoparticelle sono costituite da strati atomici altamente organizzati costituiti da minerali. I minerali sono abbondantemente presenti all'interno del corpo umano e aiutano in alcune funzioni vitali.

Per capire come queste nanoparticelle interagiscono con le cellule staminali, abbiamo utilizzato una tecnica di sequenziamento di nuova generazione chiamata RNA-seq, " disse Irtisha Singh, un biologo computazionale della Weill Cornell Medicine della Cornell University e l'autore corrispondente. "RNA-seq scatta un'istantanea dell'attività genica della cellula in un dato momento. È simile a scattare una foto ad alta risoluzione durante il Super Bowl e identificare la reazione di ogni fan durante il touchdown".

RNA-seq utilizza il sequenziamento di nuova generazione (NGS) per rivelare la presenza e la quantità di RNA in un campione biologico in un dato momento. Per esempio, le interazioni cellula-nanoparticella possono provocare un cambiamento significativo nel comportamento cellulare che può essere osservato utilizzando questa tecnica.

"Questa tecnica è molto sensibile per studiare l'interazione di un'ampia varietà di nanomateriali con le cellule, "ha detto Jake Carrow, un dottorando nel laboratorio di Gaharwar e co-primo autore dello studio. "Con questa combinazione di nanotecnologia e biologia computazionale, possiamo capire meglio come la chimica di un materiale, la forma e le dimensioni possono contribuire alle funzioni cellulari".

Da questo studio, i nanosilicati hanno dimostrato alcune capacità molto interessanti quando applicati a cellule staminali umane adulte. Queste cellule presentavano segnali tipicamente osservati durante la rigenerazione dell'osso e della cartilagine. Ciò indica un grande potenziale per queste nanoparticelle come possibile terapia contro l'osteoartrite tra le altre lesioni ortopediche. Si ritiene che questa risposta cellulare derivi dalla composizione fisica e chimica unica delle nanoparticelle. Questa premessa di particelle a base minerale che influenzano il comportamento cellulare ha aperto le porte allo sviluppo di una nuova classe di terapie.

"La capacità di personalizzare una terapia su un tessuto specifico, semplicemente modificando il contenuto di minerali all'interno della nanoparticella, presenta un grande potenziale nel campo dell'ingegneria rigenerativa, " ha detto Lauren Cross, anche co-primo autore della pubblicazione. "Crediamo che questo nuovo campo della 'mineralmica' possa fornire una valida alternativa rispetto agli attuali trattamenti esistenti oggi".