Le cellule staminali sono fabbriche di cellule che si dividono costantemente per creare nuove cellule. L'impianto di cellule staminali in organi danneggiati può rigenerare nuovi tessuti. Ingegneria del foglio cellulare, che consente di trapiantare le cellule staminali in aree danneggiate sotto forma di fogli costituiti da sole cellule, elimina completamente il rigetto immunitario causato da sostanze esterne e favorisce la rigenerazione dei tessuti. Un team di ricerca guidato da POSTECH è recentemente riuscito a ridurre drasticamente il periodo di raccolta di tali fogli di cellule staminali.

Un team di ricerca congiunto composto dal Professor Dong Sung Kim e dal ricercatore Andrew Choi del Dipartimento di Ingegneria Meccanica di POSTECH e dal Dr. InHyeok Rhyou e dal Dr. Ji-Ho Lee del Dipartimento di Chirurgia Ortopedica del Pohang Semyung Christians Hospital ha ridotto significativamente il periodo di raccolta totale di un foglio di cellule staminali a due giorni. La nanotopografia della poli(N-isopropilacrilammide) (PNIPAAm), che cambia bruscamente la sua rugosità a seconda della temperatura, consente la raccolta di fogli cellulari costituiti da cellule staminali mesenchimali derivate dal midollo osseo umano. Considerando che ci vuole in media una settimana per trasformare le cellule staminali in fogli utilizzando le tecniche esistenti sviluppate finora, questo è il periodo di raccolta più breve mai registrato. Questi risultati della ricerca sono stati pubblicati come articolo di copertina nell'ultimo numero di Scienza dei biomateriali , una rivista internazionale nel campo dei biomateriali.

Il team di ricerca del professor Kim si è concentrato su PNIPAAm, un polimero che si combina con l'acqua o la allontana a seconda della temperatura. Negli studi precedenti, PNIPAAm è stato introdotto come materiale di rivestimento per piattaforme di coltura cellulare per raccogliere fogli cellulari, ma la gamma di utilizzo era stata ostacolata dai tipi limitati di celle che possono essere trasformati in fogli. Per la prima volta nel 2019, il team di ricerca ha sviluppato una tecnologia per regolare facilmente la rugosità del PNIPAAm bulk 3-D e ha prodotto stabilmente vari tipi di cellule in fogli.

Lo studio condotto questa volta si è concentrato sulla produzione di cellule staminali, efficaci nella rigenerazione dei tessuti, in fogli in breve tempo per aumentarne l'utilità diretta. Il team ha ottenuto questo risultato applicando un modello isotropico di nanopori che misurano 400 nanometri (nm, 1 miliardesimo di metro) sulla superficie di un PNIPAAm bulk 3-D. Di conseguenza, non solo la formazione e la maturità delle cellule staminali mesenchimali derivate dal midollo osseo umano sulla nanotopografia del PNIPAAm bulk hanno accelerato, ma anche la rugosità superficiale del PNIPAAm sfuso a temperatura ambiente al di sotto della temperatura critica della soluzione inferiore (LCST) è stata rapidamente aumentata, inducendo efficacemente il distacco dei fogli cellulari. Ciò a sua volta ha consentito la rapida raccolta di fogli di cellule staminali mesenchimali derivate dal midollo osseo umano.

"Sono necessari almeno cinque giorni per raccogliere i fogli di cellule staminali riportati da precedenti ricerche, " ha commentato Andrew Choi, l'autore del documento. "Ora possiamo raccoglierli in soli due giorni con la nanotopografia PNIPAAm sviluppata questa volta".

"Abbiamo ridotto significativamente il tempo di raccolta introducendo la nanotopografia sulla superficie del PNIPAAm bulk 3-D per produrre per la prima volta al mondo fogli di cellule staminali mature, " ha osservato il professor Dong Sung Kim che ha guidato lo studio. Ha aggiunto, "Abbiamo aperto la possibilità di applicare i fogli direttamente ai pazienti in futuro".