Magneticky řízené nanočástice by mohly pomoci vyléčit zlomené kosti

Anonim

Magneticky řízené nanočástice by mohly pomoci vyléčit zlomené kosti

Lékařský

Colin Jeffrey

25. listopadu 2014

Výzkumníci vyvinuli povlečené magnetické nanočástice, které mohou být použity k regeneraci kosti (obrázek: Shutterstock)

Když je kosti v lidském těle těžce zlomená nebo je implantována kostní tkáň, je často vyžadováno i kostní štěp, aby se zajistila pevná mechanická oprava. Transplantát, který odstraňuje kost z jiné oblasti těla, však může být bolestivým a invazivním procesem a mechanická stimulace vyžadovaná pro pokračování regenerace kostí v pooperační terapii se stává problematickou, pokud je pacient těžce imobilizován. Abychom řešili tyto problémy, vědci zjistili, že natírání magnetických nanočástic s bílkovinami a pak jejich směrováním magnetem na místo poškození může pomoci stimulovat kmenové buňky k regeneraci kosti.

Kosti, které byly očkovány, se nejlépe uzdravují za použití metod dynamického nakládání - to je pohyb a cvičení - podporují to, co je známé jako mechanotransdukce, kde fyzikální vazba a následná mechanická stimulace roubované kosti způsobují kaskádový efekt biochemických signálů, uvolňování hormonů, regenerace kmenových buněk, růst tkání a nespočet dalších procesů, které se všechny kombinují, aby se zajistila účinná oprava.

Bohužel, když komplikace, jako je imobilizace pacienta, zabraňují aplikaci dynamického zatížení nebo zdravotního stavu, jako je například skeletální porucha, znamená to, že prostě postrádají extra kost, který je nutný pro roubování, a pak je zotavení často dlouhé, pomalé, složitý proces, který je příliš často částečně nebo zcela neúspěšný.

Metoda nanášených magnetických nanočástic používaná lékařskými výzkumníky z univerzit Keele a Nottingham ve Velké Británii však tvrdí, že je schopna nasměrovat materiály přímo do místa poranění bez nutnosti chirurgického zákroku. Pak je možné dálkově manipulovat s nanočásticemi, aby vytvářely mechanické síly a udržovaly proces regenerace kostí dodáním kmenových buněk a postupným uvolňováním růstově stimulujícího proteinu.

"Injekční terapie pro regenerační medicínu mají velký potenciál jako minimálně invazivní cesta pro zavedení terapeutických kmenových buněk, dopravních prostředků pro léky a biomateriálů do lokalizovaných míst, " uvedl James Henstock, Ph.D. který vedl studii. "V našem výzkumu jsme nanášeni magnetickými nanočásticemi se specifickými zaměřovacími proteiny pak řídili vzdáleně s vnějším magnetickým polem, aby simulovali cvičení. Chtěli jsme se dozvědět, jak to může ovlivnit vstřikované kmenové buňky a jejich schopnost obnovit funkční kost.

Počáteční studie této metody byly provedeny na fetálních kuželech stehenních kostí (stehenní kosti) a tkáňově inženýrovaném kolagenovém hydrogelu (zvířecí strukturální protein suspendovaný ve vysokém obsahu vody v polymeru). V obou případech výzkumníci tvrdí, že došlo ke značnému zvýšení kostního vývoje a hustoty, aniž by došlo k mechanickému namáhání konstrukce nebo okolní tkáně.

"Tato práce demonstruje, že poskytování vhodných mechanických podnětů ve spojení s řízeným uvolňováním růstových faktorů těmto injekčním buněčným terapiím může mít významný vliv na zlepšení růstu kostí, " uvedl Dr. Henstock. "Mohlo by také potenciálně zlepšit postupy tkáňového inženýrství pro translační medicínu. "

Jediným výsledkem tohoto výzkumu není to, že je to jen další využití pro magnetické nanočástice, které mají také potenciál pro vyčištění ropných skvrn, zlepšení detekce rakoviny a pomáhá zmenšovat objem digitálních úložišť. Tentokrát jsou nanočástice využívány jak pro své jedinečné fyzikální vlastnosti při napomáhání mechanické stimulace, tak i pro možnost cílené dodávky biomateriálu jako celkového léčebného řešení v jediném balení.

Výzkum byl ve spolupráci s Alicíou El Hajem, Ph.D. a spolupracovníky na Institutu pro vědu a výzkum Keele University University, a to studiem financovaným z biotechnologií a výzkumem biologických věd (BBSRC) vedeného Jamesem Henstockem Ph.D. Technologie v medicíně a Dr. Kevin Shakesheff z University of Nottingham School of Pharmacy.

Výzkum byl nedávno zveřejněn v časopise Stem Cells Translational Medicine .

Zdroj: Keele University

Výzkumníci vyvinuli povlečené magnetické nanočástice, které mohou být použity k regeneraci kosti (obrázek: Shutterstock)