"Nanokicking" -Stammzellen bieten einen billigeren und einfacheren Weg, um neuen Knochen zu wachsen

Forscher in Schottland haben eine neue Methode entwickelt, die Stammzellen dazu bringt, neuen Knochen zu entwickeln, indem sie sie 1.000 Mal pro Sekunde "nanokickieren". Sie legen nahe, dass die Technologie billiger und einfacher zu implementieren ist als die derzeitigen Methoden und die Tür zu neuen Behandlungsmethoden für Knochenerkrankungen wie Stressfrakturen, Wirbelsäulenverletzungen und Osteoporose öffnet.
Matt Dalby vom Center for Cell Engineering an der Universität Glasgow und seine Kollegen schreiben in einer kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Studie über ihre Arbeit ACS Nano.
In einer Mitteilung, die diese Woche veröffentlicht wurde, sagt Dalby, dass ihre neue Methode einen einfachen Weg bietet, "adulte Stammzellen aus dem Knochenmark in großen Zellen in knochenbildende Zellen umzuwandeln, ohne Chemikaliencocktails zu verwenden oder auf anspruchsvolle und komplexe Technik zurückzugreifen". .

Mesenchymale Stammzellen

Mesenchymale Stammzellen (MSCs) sind adulte Stammzellen, die natürlicherweise im Körper vorkommen und das Potenzial haben, Zellen zu bilden, die bestimmte Gewebetypen wie Knochen, Knorpel, Bänder, Sehnen und Muskeln bilden.
Wissenschaftler haben herausgefunden, dass es möglich ist, diese Gewebetypen im Labor zu züchten, indem MSCs isoliert und in einer Umgebung kultiviert werden, die das simuliert, was natürlich im menschlichen Körper vorkommt.

Aber gegenwärtige Methoden, die Stammzellen dazu zu bringen, sich zu differenzieren, sind bekanntlich problematisch und erfordern teure und hochentwickelte Materialien oder komplexe chemische Cocktails.

Nanokick

Dalby und seine Kollegen haben eine neue Technik entwickelt, um MSCs zu coaxieren, die "sinusoidale mechanotransduktive Nanoprotokolle" verwenden, ein Begriff, den sie zu "Nanokicking" abgekürzt haben.
Nanokicking repliziert eine Schwingung, die in den Membranen von Knochenzellen auftritt, wenn sie zusammenknüpfen, um auf natürliche Weise neuen Knochen im Körper zu bilden.
Es wird angenommen, dass die Schwingung, die eine Frequenz von 1000 Mal pro Sekunde aufweist, die Knochenbildung fördert, indem Signale zwischen Knochenzellen angeregt werden.
Im Labor sind die Stammzellen etwa 5-30 Nanometer voneinander entfernt, wenn sie ihr "Nanokicking" bei 1.000 Mal pro Sekunde erhalten.

Ein unwahrscheinliches Match: Zellbiologen und Astrophysiker

Um den Nanokick präzise und in der richtigen Frequenz zu liefern, verwenden die Forscher eine unglaublich präzise Technik namens Laserinterferometrie, die häufiger im astrophysikalischen Labor zu finden ist, um winzige Wellen zu erkennen, die von Gravitationswellen in der Raumzeit erzeugt werden.
In einem bemerkenswerten Beispiel für die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Disziplinen arbeiteten Dalby und sein Kollege Adam Curtis, ebenfalls von der Universität Glasgow, mit dem Astrophysiker Stuart Reid vom Thin Film Center der Universität von West Schottland zusammen, um das Laserinterferometer für die Studie anzupassen .
Reid erklärt:
"Die Verknüpfung von Stammzellforschung mit Expertise aus dem Bereich der Gravitationswellenastronomie, wo wir Instrumente entwickelt haben, die Längenänderungen messen können, die fast millionenfach kleiner sind als der Durchmesser eines Protons, haben es ermöglicht, dieses einzigartige Forschungsgebiet zu entwickeln."
Dalby fügt hinzu:
"Multidisziplinäre Forschung ist schwierig, da Forscher neue wissenschaftliche Sprachen lernen müssen. Diese Zusammenarbeit zwischen Zellbiologen und Astrophysikern - eine unwahrscheinliche Paarung - hat jedoch neue Erkenntnisse darüber geliefert, wie Knochen-Stammzellen funktionieren."

Nächste Schritte: Zusammenarbeit mit Rehabilitationsingenieuren und Arbeiten mit Patienten

Die Forscher hoffen, dass ihre neue Technik eine grundlegende Veränderung in der Art und Weise, wie wir neuen Knochen wachsen, einläuten wird.
Sie planen jetzt, mit Rehabilitationsingenieuren in der Queen Elizabeth National Spinal Injuries Einheit (Southern General Hospital, Glasgow) zusammenzuarbeiten, um Patienten mit Wirbelsäulenverletzungen zu helfen.
Die Vibrationstherapietechniken, die Dalby und seine Kollegen im Labor entwickelt haben, müssen jetzt bei Patienten skaliert und getestet werden, um zu beurteilen, wie gut sie das Wachstum neuer Knochen in ganzen Knochen stimulieren.
In ihren Schlussfolgerungen scheinen sie das Upscaling nicht als großes Problem zu sehen:
"Es ist leicht vorstellbar, dass solche Stimulationsprotokolle hochskaliert werden, um große Osteoblasten-Bioreaktoren zu bilden, da Standard-Zellkulturplatten und Inkubatoren in dem Protokoll verwendet werden."
"Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit den Rehabilitationsingenieuren; dies wird uns vor neue Herausforderungen stellen, aber Herausforderungen, die wir begrüßen", sagt Dalby.
Im Juni 2012 schreiben US-Wissenschaftler in Stammzellen Translationale Medizinbeschreiben, wie sie einen Weg gefunden haben, mit frischen, gereinigten mesenchymalen Stammzellen aus Fettgewebe neue Knochen zu züchten.
Geschrieben von Catharine Paddock