Le cellule staminali possono svilupparsi in molti diversi tipi di cellule nel corpo. Ad esempio, quando una persona viene ferita, le cellule staminali arrivano al sito della lesione e aiutano a guarire i tessuti danneggiati. La nuova nanotecnologia sviluppata da un team di ricercatori della Texas A&M University potrebbe sfruttare il potenziale rigenerativo del corpo dirigendo le cellule staminali a formare tessuto osseo.

Akhilesh K. Gaharwar, professore associato e Presidential Impact Fellow presso il Dipartimento di ingegneria biomedica e membro dell'American Institute for Medical and Biological Engineering, guida il team. I ricercatori hanno sviluppato nanoparticelle 2D covalent organic framework (COF) stabili all'acqua che possono dirigere la differenziazione delle cellule staminali mesenchimali umane nelle cellule ossee.

Una significativa attenzione della ricerca è stata data ai COF 2D, polimeri organici porosi, a causa della loro cristallinità, della struttura porosa ordinata e regolabile e dell'elevata area superficiale specifica. Tuttavia, la difficoltà di trasformare i COF in materiali di dimensioni nanometriche, insieme alla loro scarsa stabilità, ha limitato la loro applicazione nella medicina rigenerativa e nella somministrazione di farmaci. Sono necessari nuovi approcci che forniscano a questi COF una stabilità fisiologica sufficiente pur mantenendo la loro biocompatibilità.

Il team di Gaharwar ha migliorato la stabilità idrolitica (dell'acqua) dei COF integrandoli con polimeri anfifilici, che sono macromolecole che contengono componenti sia idrofobi che idrofili. Questo approccio, che non è stato segnalato in precedenza, conferisce ai COF dispersibilità in acqua, consentendo l'applicazione biomedica di queste nanoparticelle.

"Per quanto ne sappiamo, questo è il primo rapporto che dimostra la capacità dei COF di dirigere le cellule staminali verso il tessuto osseo", ha affermato Gaharwar. "Questa nuova tecnologia ha il potenziale per avere un impatto sul trattamento della rigenerazione ossea."

I ricercatori hanno scoperto che i COF 2D non influenzano la vitalità e la proliferazione di una cellula, anche a concentrazioni più elevate. Hanno osservato che questi COF 2D mostrano bioattività e dirigono le cellule staminali verso le cellule ossee. Lo studio preliminare ha indicato che la forma e le dimensioni di queste nanoparticelle possono conferire questa bioattività e sono necessari ulteriori studi approfonditi per approfondimenti meccanicistici.

Queste nanoparticelle sono altamente porose e il team di Gaharwar ha sfruttato questa caratteristica unica per la somministrazione di farmaci. Sono stati in grado di caricare un farmaco osteoinduttore chiamato desametasone nella struttura porosa del COF per migliorare ulteriormente la formazione ossea.

"Queste nanoparticelle potrebbero prolungare la somministrazione di farmaci alle cellule staminali mesenchimali umane, che sono comunemente utilizzate nella rigenerazione ossea", ha affermato Sukanya Bhunia, autrice senior dello studio e associata post-dottorato nel dipartimento di ingegneria biomedica. "La somministrazione prolungata del farmaco ha portato a una maggiore differenziazione delle cellule staminali verso il lignaggio osseo e questa tecnica può essere utilizzata per la rigenerazione ossea".

Gaharwar ha osservato che, dopo aver fornito una prova di concetto, il prossimo passo del team nella sua ricerca sarà valutare questa nanotecnologia in un modello malato.

Questi risultati sono importanti per la futura progettazione di biomateriali in grado di fornire indicazioni per la rigenerazione dei tessuti e le applicazioni per la somministrazione di farmaci.

I risultati sono stati pubblicati in Materiali sanitari avanzati rivista. Altri contributori alla ricerca sono Manish Jaiswal, Kanwar Abhay Singh e Kaivalya Deo del dipartimento di ingegneria biomedica della Texas A&M. + Esplora ulteriormente

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