Nanodeeltjes-stamcel-hybriden openen een nieuwe horizon in botregeneratie

Een onderzoeksteam in Zuid-Korea heeft met succes een nieuwe technologie ontwikkeld die nanodeeltjes combineert met stamcellen om de regeneratie van 3D-botweefsel aanzienlijk te verbeteren. Deze vooruitgang markeert een stap voorwaarts in de behandeling van botbreuken en -blessures, evenals in de regeneratieve geneeskunde van de volgende generatie.

Het onderzoek is gepubliceerd in het journaal ACS Biomaterialenwetenschap en -techniek.

Dr. Ki Young Kim en haar team van het Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT) hebben, in samenwerking met professor Laura Ha van de Sunmoon University, een hybride van nanodeeltjes en stamcellen ontwikkeld, een zogenaamde nanobiohybride, door mesoporeuze silica-nanodeeltjes (mSiO₂ NP’s) te integreren met uit menselijke vetweefsel afkomstige mesenchymale stamcellen (hADMSC’s). De resulterende hybride cellen vertoonden een opmerkelijk verbeterd osteogeen (botvormend) vermogen.

Hoe nanobiohybriden eerdere beperkingen overwinnen

Driedimensionale stamcelaggregaten zoals sferoïden en organoïden worden al lang gebruikt om orgaan- en weefselstructuren na te bootsen. Ze hebben echter last gehad van kernceldood en niet-uniforme differentiatie als gevolg van slechte diffusie van zuurstof en voedingsstoffen, waardoor hun praktische gebruik bij botregeneratie en medicijnevaluatie werd beperkt.

Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, heeft het onderzoeksteam nanodeeltjes gelijkmatig aan de stamceloppervlakken bevestigd, waardoor de cellen zich konden verweven en stabiele bolvormige clusters konden vormen. De nanodeeltjes functioneren zowel als structurele steigers als als osteogene stimulatoren, waarbij langzaam botbevorderende biomoleculen vrijkomen die de stamcellen begeleiden om uniform te differentiëren tot botweefsel.

Uit experimentele resultaten bleek dat de nanobiohybride sferoïden een hogere cellevensvatbaarheid en uniforme osteogene differentiatie vertoonden in vergelijking met conventionele sferoïden.

Veelbelovende resultaten en toekomstige toepassingen

In een calvariaal (schedel) defectmodel bij muizen regenereerden de geïmplanteerde nanobiohybride sferoïden 36% van het defecte botgebied binnen zes weken, waardoor een ongeveer 1,3 maal grotere botregeneratie werd bereikt dan sferoïden gemaakt van alleen stamcellen.

Hoewel de studie zich momenteel in het preklinische dierstadium bevindt, verwachten de onderzoekers dat dit platform na validatie in grote diermodellen en klinische studies verder kan worden ontwikkeld tot patiëntspecifieke bottransplantaten.

Dr. Ki Young Kim merkte op: “Deze aanpak kan worden uitgebreid tot voorbij het bot om verschillende weefsels zoals kraakbeen en huid te regenereren.”

KRICT-president Dr. Young-Kuk Lee voegde hieraan toe: “We hopen dat onze op stamcellen gebaseerde regeneratieve technologie de behandelingen voor botbreukpatiënten in een vergrijzende samenleving zal helpen verbeteren.”