Gli scienziati del dipartimento di ingegneria biomedica della Texas A&M University stanno sviluppando nuovi modi per far progredire il campo della medicina rigenerativa e del trattamento del cancro. Stanno sviluppando un nanosheet 2-D che è 1, 000 volte più piccolo di una ciocca di capelli.

Dottor Akhilesh Gaharwar, Professore Associato, ha sviluppato una nuova classe di nanofogli 2-D chiamati disolfuro di molibdeno in grado di assorbire la luce del vicino infrarosso (NIR) e modificare il comportamento delle cellule. Questi nanofogli sono una classe emergente di materiali che hanno mostrato proprietà fisiche e chimiche distinte grazie alla loro forma e dimensione uniche. Recentemente, alcuni nanosheet sono stati esplorati per applicazioni biomediche grazie alla loro capacità di rispondere alla luce. Nonostante il forte potenziale, La ricerca di Gaharwar sta entrando in un nuovo territorio, poiché pochi studi hanno studiato la loro compatibilità cellulare e nessuno ha esplorato la loro capacità di modulare le funzioni cellulari usando la luce.

Per esplorare la possibilità di controllare la risposta cellulare tramite la luce, Il gruppo di ricerca di Gaharwar ha sintetizzato un nanofoglio atomicamente sottile in grado di assorbire la luce NIR e convertirla in calore. La luce NIR può penetrare in profondità all'interno del tessuto rispetto ad altri tipi di luce, compresa la luce ultravioletta e visibile, e può essere utilizzato per stimolare i meccanismi naturali di riparazione biologica nei tessuti profondi.

A causa dell'elevata superficie dei nanofogli, possono aderire alla membrana esterna delle cellule e trasmettere un segnale cellulare al nucleo, controllando così il loro comportamento. Alcuni dei nanofogli vengono anche mangiati dalle cellule e possono influenzare le funzioni cellulari dall'interno.

"I biomateriali sensibili alla luce hanno un forte potenziale per lo sviluppo della prossima generazione di materiali non invasivi, dispositivi medici precisi e controllabili per una vasta gamma di applicazioni biomediche, compresa la consegna di farmaci, terapia del cancro, medicina rigenerativa e stampa 3D, " ha detto Gaharwar.

La sua ricerca è stata recentemente pubblicata sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

In collaborazione con la Dott.ssa Irtisha Singh, assistente professore presso il Dipartimento di Medicina Molecolare e Cellulare del Texas A&M Health Science Center, Il team di Gaharwar ha utilizzato una tecnica di sequenziamento di nuova generazione per decifrare l'effetto della luce e/o dei nanofogli sulla regolazione genica delle cellule. Immagina una cella come una tela bianca, e la regolazione genetica come la vernice che trasforma la tela in qualcosa di unico o interessante. Per le cellule staminali, ciò significherebbe determinare che tipo di cellula saranno, come muscoli, osso, ecc. Lievi agitazioni nell'espressione genica, dalla luce o da questi nanofogli, può influenzare significativamente le funzioni di queste cellule come il movimento, riproduzione ed espressione.

I profili di espressione genica globale delle cellule rivelano che la stimolazione luminosa del nanosheet può avere un'influenza significativa sulla migrazione cellulare e sulla guarigione delle ferite. Hanno dimostrato che le cellule tumorali trattate con un nanofoglio e la luce non sono in grado di muoversi liberamente, che è una buona notizia. Questo è importante poiché il cancro si diffonde nel corpo spostandosi da un tessuto all'altro. La combinazione del nanofoglio e della luce può fornire nuovi approcci per controllare e regolare la migrazione e le funzioni cellulari.

Il team ha scoperto che i nanosheet si legano a un recettore della superficie cellulare noto come integrina, una semplice proteina con uno zucchero attaccato. Queste proteine ​​integrine sono importanti per il normale funzionamento cellulare fornendo informazioni alle cellule sull'ambiente circostante. Se queste proteine ​​sono ricoperte da nanosheet, non possono dire alle cellule di muoversi, fermando efficacemente le cellule per un tempo indefinito.