Wetenschappers gebruiken nanotechnologie om botherstellende stamcellen op te sporen

Wetenschappers gebruiken nanotechnologie om botherstellende stamcellen op te sporen

Stamcellen met afgifte van fluorescerende oligonucleotiden in rood. Krediet: Universiteit van Southampton

Onderzoekers van de Universiteit van Southampton hebben een nieuwe manier ontwikkeld om nanomaterialen te gebruiken om skeletstamcellen te identificeren en te verrijken – een ontdekking die uiteindelijk zou kunnen leiden tot nieuwe behandelingen voor grote botbreuken en het herstel van verloren of beschadigd bot.

Een team van natuurkundigen, scheikundigen en weefseltechnologie-experts werkte samen en gebruikte speciaal ontworpen gouden nanodeeltjes om specifieke menselijke botstamcellen te ‘zoeken’ – waardoor een fluorescerende gloed ontstond om hun aanwezigheid tussen andere soorten cellen te onthullen en ze te laten isoleren of verrijkt ‘.

De onderzoekers concludeerden dat hun nieuwe techniek eenvoudiger en sneller is dan andere methoden en tot 50-500 keer effectiever in het verrijken van stamcellen.

De studie, geleid door professor Musculoskeletal Science, Richard Oreffo en professor Antonios Kanaras van de Quantum, Light and Matter Group in de School of Physics and Astronomy, is gepubliceerd in ACS Nano—Een internationaal erkend multidisciplinair tijdschrift.

In laboratoriumtests gebruikten de onderzoekers gouden nanodeeltjes – kleine bolvormige deeltjes die uit duizenden goudatomen bestaan ​​- bedekt met oligonucleotiden (DNA-strengen) om de specifieke boodschapper-RNA (mRNA) -kenmerken van skeletstamcellen in beenmerg optisch te detecteren. Bij detectie geven de nanodeeltjes een fluorescerende kleurstof af, waardoor de stamcellen onder microscopische observatie te onderscheiden zijn van andere omringende cellen. De stamcellen kunnen vervolgens worden gescheiden met behulp van een geavanceerd sorteerproces voor fluorescentiecellen.

Stamcellen zijn cellen die nog niet gespecialiseerd zijn en die zich kunnen ontwikkelen om verschillende functies uit te voeren. Door skeletstamcellen te identificeren, kunnen wetenschappers deze cellen onder gedefinieerde omstandigheden laten groeien om de groei en vorming van bot- en kraakbeenweefsel mogelijk te maken – bijvoorbeeld om gebroken botten te helpen genezen.

Een van de uitdagingen die onze vergrijzende bevolking met zich meebrengt, is de behoefte aan nieuwe en kosteneffectieve benaderingen voor botherstel. Met een op de drie vrouwen en een op de vijf mannen die wereldwijd risico lopen op osteoporotische fracturen, zijn de kosten aanzienlijk: alleen al botbreuken kosten de Europese economie € 17 miljard en de Amerikaanse economie $ 20 miljard per jaar.

Binnen de Bot- en Gemeenschappelijke Onderzoeksgroep van de Universiteit van Southampton hebben professor Richard Oreffo en zijn team al meer dan 15 jaar naar op botstamcellen gebaseerde therapieën gekeken om de ontwikkeling van botweefsel te begrijpen en om bot en kraakbeen te genereren. In dezelfde periode hebben professor Antonios Kanaras en zijn collega’s van de Quantum, Light and Matter Group nieuwe nanomaterialen ontworpen en hun toepassingen op het gebied van biomedische wetenschappen en energie bestudeerd. Deze laatste studie brengt deze disciplines effectief samen en is een voorbeeld van de impact die samenwerking, interdisciplinair werken kan hebben.

Professor Oreffo zei: “Op skeletstamcellen gebaseerde therapieën bieden enkele van de meest opwindende en veelbelovende gebieden voor de behandeling van botziekte en botregeneratieve geneeskunde voor een verouderende bevolking. De huidige onderzoeken hebben unieke DNA-sequenties gebruikt van doelen waarvan we denken dat ze de skeletstamcel zouden verrijken. en met behulp van Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) hebben we botstamcellen van patiënten kunnen verrijken. Identificatie van unieke markers is de heilige graal in de biologie van botstamcellen en, hoewel we nog een weg te gaan hebben, bieden deze onderzoeken een stapsgewijze verandering in ons vermogen om menselijke botstamcellen te targeten en te identificeren en het opwindende therapeutische potentieel daarin. “

Professor Oreffo voegde toe: “Belangrijk is dat deze studies de voordelen aantonen van interdisciplinair onderzoek om een ​​uitdagend probleem aan te pakken met de modernste moleculaire / celbiologie gecombineerd met de chemieplatformtechnologieën van nanomaterialen.”

Professor Kanaras zei: “Het juiste ontwerp van materialen is essentieel voor hun toepassing in complexe systemen. Door de chemie van nanodeeltjes aan te passen, zijn we in staat om specifieke functies in hun ontwerp te programmeren.

“In dit onderzoeksproject hebben we nanodeeltjes ontworpen die zijn bedekt met korte DNA-sequenties, die HSPA8-mRNA en Runx2-mRNA kunnen detecteren in skeletstamcellen en samen met geavanceerde FACS-poortstrategieën, om het assortiment van de relevante cellen uit menselijk beenmerg mogelijk te maken. .

“Een belangrijk aspect van het nanomateriaalontwerp betreft strategieën om de dichtheid van oligonucleotiden op het oppervlak van de nanodeeltjes te reguleren, waardoor enzymatische afbraak van DNA in cellen wordt voorkomen. Fluorescerende reporters op de oligonucleotiden stellen ons in staat om de status van de nanodeeltjes in verschillende stadia te observeren. van het experiment, waardoor de kwaliteit van de endocellulaire sensor wordt gegarandeerd. “

Beide hoofdonderzoekers erkennen ook dat de prestaties mogelijk waren dankzij het werk van alle ervaren research fellows en Ph.D. studenten die bij dit onderzoek betrokken waren, evenals samenwerking met professor Tom Brown en Dr. Afaf E-Sagheer van de Universiteit van Oxford, die een grote verscheidenheid aan functionele oligonucleotiden synthetiseerden.

De wetenschappers passen momenteel eencellige RNA-sequencing toe op de platformtechnologie die is ontwikkeld met partners in Oxford en het Institute for Life Sciences (IfLS) in Southampton om botstamcellen verder te verfijnen en te verrijken en de functionaliteit te beoordelen. Het team stelt voor om vervolgens over te gaan naar klinische toepassing met preklinische botvormingsstudies om proof of concept-studies te genereren.


Meer informatie:
Miguel Xavier et al, Verrijking van skeletstamcellen uit menselijk beenmerg met behulp van bolvormige nucleïnezuren, ACS Nano (2021). DOI: 10.1021 / acsnano.0c10683

Journal informatie:
ACS Nano

Geleverd door University of Southampton

Nieuwste artikelen

spot_img

Related Stories

Leave A Reply

Vul alstublieft uw commentaar in!
Vul hier uw naam in