En nyligen genomförd studie, knuten till UNIST har utvecklat en ny metod för att reparera skadat ben med hjälp av stamceller från mänsklig benmärg och ett kolmaterial med fotokatalytiska egenskaper, som kan leda till kraftfulla behandlingar för skelettskador, såsom frakturer eller tandlossning.

Denna forskning har utförts gemensamt av professor Youngkyo Seo från Life Sciences och Dr Jitendra N. Tiwari från Chemistry i samarbete med professor Kwang S. Kim från Natural Science, Professor Pann-Ghill Suh of Life Sciences, och sju andra forskare från UNIST.

I studien, forskargruppen rapporterade att rött ljus absorberande kolnitrid (C₃N₄) ark leder till anmärkningsvärd proliferation och osteogen differentiering genom run-relaterad transkriptionsfaktor 2 (Runx2) aktivering, en nyckeltranskriptionsfaktor associerad med osteoblastdifferentiering.

Resultaten av studien har publicerats i januarinumret av ACS Nano tidning. Forskarteamet förväntar sig att detta forskningsgenombrott kan leda till förbättrad benregenerering.

Användningen av mänskliga benmärgshärledda mesenkymala stamceller (hBMSC) har framgångsrikt prövats vid frakturbehandling på grund av deras potential att regenerera ben hos patienter som har förlorat stora benområden på grund av antingen sjukdom eller trauma. Nyligen, många försök har gjorts för att förbättra funktionen hos stamceller med kolnanorör, grafen, och nanooxider.

I studien, Professor Kim och professor Suh undersökte C₃N₄-bladen. De upptäckte att detta material absorberar rött ljus och sedan avger fluorescens, som kan användas för att påskynda benregenerering. Professor Kims team syntetiserade kolkvävederivat från melaminföreningar. Sedan, de analyserade de ljusabsorberande egenskaperna hos C₃N4-ark vid ett våglängdsområde av 455-635 nanometer (nm). Som ett resultat, C3N4-arken visade sig emittera fluorescens vid våglängden 635 nm när de exponerades för rött ljus i flytande tillstånd. Just nu, de frigjorda elektronerna inducerade kalcium att ackumuleras i cytoplasman.

Professor Suh genomförde en biomedicinsk tillämpning av detta material. Först, stamceller och cancerceller odlades i ett medium innehållande 200 µg/ml C₃N₄-ark. Efter två dagars testning, materialet visade ingen cytotoxicitet, gör det användbart som biomaterial.

Det bekräftades också att C3N4-ark verkar på stamceller för att differentiera till osteoblaster för att främja mineralbildning. I denna process, de osteogena differentieringsmarkörgenerna (ALP, BSP, och OCN) förökade sig. Dessutom, Rux2 (Runt-relaterad transkriptionsfaktor 2), en nyckelfaktor i osteoblastdifferentiering aktiverades också. Detta resulterade i ökad osteoblastdifferentiering och accelererad benbildning.

"Denna forskning har öppnat möjligheten att utveckla ett nytt läkemedel som effektivt behandlar skelettskador, såsom frakturer och osteoporos, " sa professor Young-Kyo Seo. "Det kommer att vara ett mycket användbart verktyg för att göra konstgjorda leder och tänder med användning av 3-D-utskrift."

Han lägger till, "Detta är en viktig milstolpe i analysen av biomekaniska funktioner som behövs för utveckling av biomaterial, inklusive adjuvans för hårda vävnader som skadade ben och tänder."

Forskargruppen förväntar sig att deras resultat bekräftar C ofN₄ -arkens potential för att utveckla benbildning och rikta hBMSC mot benregenerering.

Denna forskning utfördes med stöd av National Honor Scientist Program och teknikutvecklingsprojektet för den åldrande källan, som främjas av det koreanska vetenskapsministeriet, IKT och framtidsplanering.