I århundraden har civilisationer använt naturligt förekommande, oorganiska material för sina upplevda läkande egenskaper. Egyptierna trodde att grön kopparmalm hjälpte ögoninflammation, kineserna använde cinnober mot halsbränna och indianer använde lera för att minska ömhet och inflammation.
Bliva framåt till idag och forskare vid Texas A&M University upptäcker fortfarande sätt att oorganiska material kan användas för läkning.
I två nyligen publicerade artiklar avslöjade Dr. Akhilesh Gaharwar, en Tim och Amy Leach begåvad professor vid institutionen för biomedicinsk teknik, och Dr. Irtisha Singh, biträdande professor vid institutionen för cellbiologi och genetik, nya sätt som oorganiska material kan hjälpa till vävnadsreparation och regenerering.
Den första artikeln, publicerad i Acta Biomaterialia , förklarar att cellulära vägar för ben- och broskbildning kan aktiveras i stamceller med hjälp av oorganiska joner. Den andra artikeln, publicerad i Advanced Science , utforskar användningen av mineralbaserade nanomaterial, särskilt 2D-nanosilikater, för att hjälpa muskuloskeletal regenerering.
"De här undersökningarna tillämpar banbrytande molekylära metoder med hög genomströmning för att klargöra hur oorganiska biomaterial påverkar stamcellsbeteende och vävnadsregenerativa processer," sa Singh.
Förmågan att inducera naturlig benbildning lovar förbättringar av behandlingsresultat, patientåterhämtningstid och det minskade behovet av invasiva procedurer och långtidsmedicinering.
"Att förbättra bentätheten och bildningen hos patienter med osteoporos, till exempel, kan bidra till att minska riskerna för frakturer, leda till starkare ben, förbättra livskvaliteten och minska kostnaderna för sjukvård", sa Gaharwar. "Dessa insikter öppnar upp spännande möjligheter för att utveckla nästa generations biomaterial som kan ge ett mer naturligt och hållbart förhållningssätt till läkning."
Gaharwar sa att det nyfunna tillvägagångssättet skiljer sig från nuvarande regenereringsmetoder som bygger på organiska eller biologiskt härledda molekyler och ger skräddarsydda lösningar för komplexa medicinska problem.
"En av de viktigaste resultaten från vår forskning är förmågan hos dessa nanosilikater att stabilisera stamceller i ett tillstånd som främjar skelettvävnadsregenerering," sade han. "Detta är avgörande för att främja bentillväxt på ett kontrollerat och ihållande sätt, vilket är en stor utmaning i nuvarande regenerativa terapier."
Gaharwar planerar att fortsätta utveckla biomaterial för kliniska tillämpningar. Han kommer att använda oorganiska biomaterial i samband med 3D-bioprintningstekniker för att designa skräddarsydda benimplantat för rekonstruktionsskador.
"Inom rekonstruktiv kirurgi, särskilt för kraniofaciala defekter, är inducerad bentillväxt avgörande för att återställa både funktion och utseende, avgörande för viktiga funktioner som att tugga, andas och tala", sa han. "Att framkalla benbildning har flera viktiga tillämpningar inom ortopedi och tandvård."
Tidigare doktorand i biomedicinsk teknik, Dr. Anna Kersey '23, var huvudförfattare till artikeln publicerad i Acta Biomaterialia och biomedicinsk ingenjörsstudent Aparna Murali var huvudförfattare för uppföljningsartikeln publicerad i Advanced Science .
"Det här tillvägagångssättet överbryggar inte bara uråldriga metoder med moderna vetenskapliga metoder utan minimerar också användningen av proteinterapi, som medför risker för att inducera onormal vävnadstillväxt och cancerformationer," sa Gaharwar.
"Tillsammans belyser dessa fynd potentialen hos oorganiska biomaterial att fungera som kraftfulla mediatorer i vävnadsteknik och regenerativa strategier, vilket markerar ett betydande steg framåt på området."
Mer information: Anna L. Kersey et al, Inorganic Ions Activate Lineage-Specific Gene Regulatory Networks, Acta Biomaterialia (2024). DOI:10.1016/j.actbio.2024.03.020
Aparna Murali et al, oorganiska biomaterial formar transkriptomprofilen för att inducera endokondral differentiering, Avancerad vetenskap (2024). DOI:10.1002/advs.202402468
Journalinformation: Avancerad vetenskap , Acta Biomaterialia
Tillhandahålls av Texas A&M University College of Engineering
