Humana mesenkymala stamceller (hMSCs) resulterade från följande steg:varje typ av guldnanopartiklar sattes till hMSCs, och de behandlade cellerna odlades under 3 veckor. Cellerna fick antingen alkaliskt fosfatas (ALP) färgning eller alizarin röd färgning (ARS) av kalciumfosfatavlagringar, båda är osteogena differentieringsindikatorer. Kontrollexperiment med omodifierade guldnanopartiklar och obehandlade hMSCs utfördes också för jämförelse. På de övre bilderna, ALP-positiva celler färgades lila medan agglomerat av guldnanopartiklar detekterades som blå prickar. På de nedre bilderna, spindelvävsliknande röda fläckar representerar kalciumfosfatavlagringar medan blålila prickar indikerar agglomerat av guldnanopartiklar. Alla skalstänger är 500 μm. Kredit:MANA, NIMS
Tissue Regeneration Materials Unit på MANA, NIMS har framgångsrikt utvecklat guldnanopartiklar som har funktionella ytor och verkar på osteogen differentiering av stamceller.
Enhet för vävnadsregenereringsmaterial (Guoping Chen, Unit Director) vid International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) (Masakazu Aono, Generaldirektör, MANA), National Institute for Materials Science (NIMS (Sukekatsu Ushioda, President)) framgångsrikt utvecklat guld nanopartiklar som har funktionella ytor och verkar på osteogen differentiering av stamceller. Detta forskningsresultat hade publicerats onlineversionen av tidskriften Biomaterial den 6 april 2015.
Inom regenerativ medicin, Tekniken för att kontrollera stamcellsfunktioner som differentiering och spridning är oumbärlig. Det har rapporterats att guldpartiklar i nanostorlek främjar differentieringen av mänskliga mesenkymala stamceller till osteoblaster. Också, andra studier antydde att olika funktionella grupper som amino, karboxyl- och hydroxylgrupper främjar eller hämmar stamcellsdifferentiering. Baserat på dessa rapporter, vi antog att guldnanopartiklar med yta modifierad med funktionella grupper är en lovande kandidat för att kontrollera stamcellsfunktioner. Dock, specifika effekter av sådana partiklar på differentieringen av mänskliga mesenkymala stamceller var okända.
Vi syntetiserade guldnanopartiklar med yta modifierad med en av följande funktionella grupper:en positivt laddad aminogrupp (-NH2), en negativt laddad karboxylgrupp (-COOH) eller en neutral hydroxylgrupp (-OH), och identifierade hur de påverkar den osteogena differentieringen av mesenkymala stamceller som härrörde från mänsklig benmärg. Bland dessa tre typer av nanopartiklar, de med karboxylgrupperna togs upp av celler och uppvisade en stark bendifferentieringshämmande effekt jämfört med andra typer av nanopartiklar. Vidare, vi undersökte effekten av guldnanopartiklar med karboxylgrupper på genuttrycksprofilen för mesenkymala stamceller från mänsklig benmärg. Resultaten visade att nanopartiklarna hämmade flera genuttryck relaterade till osteogen differentiering. Därför, guldnanopartiklarnas inverkan på att främja eller hämma osteogen differentiering varierade beroende på typen av funktionella grupper.
Med tanke på regenerativ medicin, det är viktigt att utveckla teknik som möjliggör kontroll av stamcellsfunktioner samt säkra och högkvalitativa stamceller. I föreliggande studie, vi försökte kontrollera stamcellsfunktioner genom materialmanipulation, och våra resultat kommer att bidra till skapandet av nya nanomaterial som underlättar utvecklingen av stamcellsmanipulation. Vi avser att bygga vidare på dessa resultat i våra framtida ansträngningar för att utveckla regenerativ medicin.
