Человеческие стволовые клетки имеют большой потенциал для использования в клинической практике, так как они могут трансформироваться в различные типы специализированных клеток, таких как клетки костной ткани и хряща. Современный подход к получению специализированных клеток заключается в воздействии на стволовые клетки избирательно действующими молекулами, известными как факторы роста. Однако введение факторов роста в организм может вызывать нежелательные побочные эффекты, в том числе рост опухолей.
Исследователи техасского университета A&M, работающие под руководством доктора Ахилеша Гахарвара (Akhilesh Gaharwar), предложили заменить факторы роста новым классом двумерных (плоских) силикатных наночастиц (наносиликатов), способных направлять дифференцировку стволовых клеток в направлении клеток костной или хрящевой ткани.
Процесс поглощения наносиликатных частиц человеческими стволовыми клетками. Красный – наносиликаты, зеленый – лизосомы.
В последнее время двумерные наноматериалы, благодаря малому размеру и уникальной форме, приобретают все бОльшую популярность в разных отраслях, в том числе в энергетике, оптике и регенеративной инженерии. Они состоят из высокоорганизованных атомных слоев минералов. Применяемые для их изготовления минералы в большом количестве содержаться в организме и важны для протекания ряда жизненно важных функций.
Использованные авторами наносиликатные частицы по форме схожи с льняными семечками, но меньше их в 10 миллионов раз. Для изучения их взаимодействия со стволовыми клетками применили технологию секвенирования последнего поколения, известную как RNA-seq. Она позволяет определять присутствие и количество РНК в биологическом образце в любой заданный момент или, другими словами, получать «моментальный снимок» генной активности в клетке. Например, взаимодействия между клеткой и наночастицами могут приводить к значительным изменениям в поведении клетки, выявляемым с помощью данной методики.
Изучение изменений, происходящих с взрослыми стволовыми клетками под действием наносиликатов, выявило запуск сигнальных механизмов, вовлеченных в процессы регенерации костной и хрящевой тканей. Это указывает на перспективность применения этих наночастиц в терапии остеоартрита, а также других ортопедических патологий. Считается, что клеточные реакции обусловлены уникальными физическими свойствами и химическим составом наночастиц, поэтому появление наночастиц на основе минералов открывает новые перспективы в разработке терапевтических подходов следующего поколения.
Процесс дифференцировки стволовых клеток в костные и хрящевые под непосредственным влиянием наносиликатов.
По словам авторов, возможность адаптировать терапию к определенной ткани за счет изменения минерального состава наночастиц обеспечивает огромный потенциал в области регенеративной инженерии. Они считают, что это новое направление «минераломики» может предоставить перспективную альтернативу существующим методом лечения различных заболеваний.
Статья James K. Carrow et al. Widespread changes in transcriptome profile of human mesenchymal stem cells induced by two-dimensional nanosilicates опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Евгения Рябцева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Texas A&M University:
Flaxseed-like particles can now grow bone, cartilage tissues for humans.
