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Los científicos utilizan nanoparticles especialmente diseñados del oro “buscan” a las células madres del hueso

Los investigadores en la universidad de Southampton han desarrollado una nueva manera de usar los nanomaterials para determinar y para enriquecer a las células madres esqueléticas - un descubrimiento que podría llevar eventual a los nuevos tratamientos para las fracturas de hueso importantes y a la reparación del hueso perdido o dañado.

Trabajando juntas, las personas de físicos, los químicos y los nanoparticles especialmente diseñados usados los expertos del oro de la ingeniería del tejido “buscan” a las células madres de hueso humanas específicas - creando un resplandor fluorescente para revelar su presencia entre otros tipos de células y para permitir que sean aisladas o “que enriqueceas”.

Los investigadores concluyeron su nueva técnica son más simples y más aprisa que otros métodos y hasta 50-500 cronometra más efectivo en el enriquecimiento de las células madres.

El estudio, llevado por el profesor de la ciencia musculoesquelética, Richard Oreffo y profesor Antonio Kanaras del grupo de Quantum, de la luz y de la materia en la escuela de la física y de la astronomía, se publica en gorrón multidisciplinario reconocido nano de ACS - internacionalmente -.

En pruebas de laboratorio, los investigadores utilizaron los nanoparticles del oro - partículas esféricas minúsculas compuestas de millares de átomos del oro - recubiertos con los oligonucleótidos (cabos de la DNA), ópticamente para descubrir las firmas específicas del ARN de mensajero (mRNA) de células madres esqueléticas en médula. Cuando ocurre la detección, los nanoparticles liberan un tinte fluorescente, haciendo a las células madres distinguibles de otras células circundantes, bajo observación microscópica. Las células madres pueden entonces ser separadas usando una célula sofisticada de la fluorescencia clasificación proceso.

Las células madres son las células que todavía no se especializan y pueden convertirse para realizar diversas funciones. Determinar las células de vástagos esqueléticas permite que los científicos crezcan estas células en condiciones definidas para permitir al incremento y a la formación de tejido del hueso y del cartílago - por ejemplo, ayudar a reparar los huesos rotos.

Entre los retos planteados por nuestro envejecimiento de la población es la necesidad de aproximaciones nuevas y de poco costo de deshuesar la reparación. Con uno en tres mujeres y uno en cinco hombres a riesgo de fracturas osteoporotic por todo el mundo, los costos son importantes, con el cálculo del coste solo de las fracturas de hueso la economía europea €17 mil millones y la economía de los E.E.U.U. $20 mil millones anualmente.

Dentro de la universidad del grupo del hueso de Southampton y de investigación de la junta, profesor Richard Oreffo y sus personas han estado observando las terapias basadas célula madre del hueso por más de 15 años para entender el revelado del tejido del hueso y para generar el hueso y el cartílago. Durante el mismo plazo, profesor Antonio Kanaras y sus colegas en el grupo de Quantum, de la luz y de la materia han estado diseñando los nanomaterials nuevos y han estado estudiando sus usos en los campos de ciencias biomédicas y de la energía. Esto el último estudio trae efectivo estas disciplinas juntas y es un modelo del impacto colaborativo, funcionamiento interdisciplinario puede traer.

Las terapias basadas célula madre esquelética ofrecen algo de las áreas más emocionantes y más prometedoras para el tratamiento de la enfermedad del hueso y del remedio regenerador del hueso para un envejecimiento de la población. Los estudios actuales han aprovechado series únicas de la DNA de objetivos que creemos enriqueceríamos a la célula madre esquelética y, usando la célula activada fluorescencia clasificación (FACS) hemos podido enriquecer a las células madres de hueso de pacientes. La identificación de marcadores únicos es el santo grial en biología de célula madre del hueso y, mientras que todavía tenemos cierta manera de ir; estos estudios ofrecen un cambio decisivo en nuestra capacidad de apuntar y de determinar las células madres humanas del hueso y el potencial terapéutico emocionante en esto.”

Richard Oreffo, profesor de la ciencia musculoesquelética

Profesor Oreffo agregó: “Importantemente, estos estudios muestran las ventajas de la investigación interdisciplinaria para abordar un problema desafiador con molecular avanzado/la biología celular combinados con las tecnologías de la plataforma de la química de los nanomaterials.”

Profesor Kanaras dijo: “El diseño de materiales apropiado es esencial para su uso en sistemas complejos. Modificando la química para requisitos particulares de nanoparticles podemos programar funciones específicas en su diseño.

“En este proyecto de investigación, diseñamos los nanoparticles recubiertos con las series cortas de la DNA, que pueden detectar HSPA8 mRNA y Runx2 mRNA en células madres esqueléticas y así como estrategias que bloquean avanzadas de FACS, para habilitar el surtido de las células relevantes de la médula humana.

“Un aspecto importante del diseño del nanomaterial implica estrategias para regular la densidad de oligonucleótidos en la superficie de los nanoparticles, que ayudan a evitar la degradación enzimática de la DNA en células. Los reporteros fluorescentes en los oligonucleótidos nos permiten observar el estado de los nanoparticles en diversos escenarios del experimento, asegurando la calidad del sensor endocelular.”

Ambos llevan a investigadores también reconocen que las ejecuciones eran posible debido al trabajo de todos los profesores investigadores y estudiantes experimentados del doctorado implicados en esta investigación así como colaboración con profesor Tom Brown y el Dr. Afaf E-Sagheer de la universidad de Oxford, que sintetizó una gran variedad de oligonucleótidos funcionales.

Los científicos están aplicando actualmente el ARN unicelular que ordena a la plataforma la tecnología desarrollada con los socios en Oxford y el instituto para las ciencias de la vida (IfLS) en Southampton para refinar y para enriquecer a las células madres del hueso y para fijar más lejos funciones. Las personas proponen entonces trasladarse al uso clínico con estudios preclínicos de la formación del hueso para generar la prueba de los estudios del concepto.

El trabajo ha sido posible con una concesión del proyecto de BBSRC a profesor Oreffo y a profesor Kanaras.

Source:
Journal reference:

Xavier, M., et al. (2021) Enrichment of Skeletal Stem Cells from Human Bone Marrow Using Spherical Nucleic Acids. ACS Nano. doi.org/10.1021/acsnano.0c10683.