Forskare vid institutionen för biomedicinsk teknik vid Texas A&M University utvecklar nya sätt att främja området för regenerativ medicin och cancerbehandling. De utvecklar ett 2D nanoark som är 1, 000 gånger mindre än ett hårstrå.

Dr Akhilesh Gaharwar, docent, har utvecklat en ny klass av 2-D nanosheets som kallas molybdendisulfid som kan adsorbera nära infrarött (NIR) ljus och modifiera cellbeteende. Dessa nanosheets är en framväxande klass av material som har visat distinkta fysikaliska och kemiska egenskaper på grund av sin unika form och storlek. Nyligen, vissa nanoark har utforskats för biomedicinska tillämpningar på grund av deras ljuskänsliga förmåga. Trots stark potential, Gaharwars forskning går in på nytt territorium, eftersom få studier har undersökt deras cellulära kompatibilitet och ingen har utforskat deras förmåga att modulera cellulära funktioner med hjälp av ljus.

För att undersöka möjligheten att styra cellresponsen via ljus, Gaharwars forskargrupp har syntetiserat ett atomärt tunt nanoark som kan adsorbera NIR-ljus och omvandla det till värme. NIR-ljus kan penetrera djupt in i vävnaden jämfört med andra typer av ljus, inklusive ultraviolett och synligt ljus, och kan användas för att stimulera naturliga biologiska reparationsmekanismer i djup vävnad.

På grund av den stora ytan av nanoark, de kan fastna på det yttre membranet av celler och överföra en cellulär signal till kärnan, och därmed kontrollera deras beteende. Vissa av nanoarken äts också upp av cellerna och kan påverka cellulära funktioner inifrån.

"Ljuskänsliga biomaterial har en stark potential för att utveckla nästa generation av icke-invasiva, exakta och kontrollerbara medicinska apparater för en rad biomedicinska tillämpningar, inklusive läkemedelstillförsel, cancerterapi, regenerativ medicin och 3D-utskrift, " sa Gaharwar.

Hans forskning presenterades nyligen i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences .

I samarbete med Dr. Irtisha Singh, biträdande professor vid avdelningen för molekylär och cellulär medicin vid Texas A&M Health Science Center, Gaharwars team använde en nästa generations sekvenseringsteknik för att dechiffrera effekten av ljus och/eller nanoblad på genreglering av celler. Föreställ dig en cell som en tom duk, och genreglering som färgen som gör duken till något unikt eller intressant. För stamceller, det skulle innebära att bestämma vilken typ av cell de kommer att vara, såsom muskler, ben, etc. Lätt agitation i genuttryck, antingen från ljus eller dessa nanoark, kan avsevärt påverka dessa cellers funktioner såsom rörelse, reproduktion och uttryck.

Globala genuttrycksprofiler för celler avslöjar att ljusstimulering av nanoarket kan ha en betydande inverkan på cellulär migration och sårläkning. De visade att cancerceller behandlade med ett nanoblad och ljus inte kan röra sig fritt, vilket är goda nyheter. Detta är viktigt eftersom cancer sprider sig i kroppen genom att flytta från en vävnad till en annan. Kombinationen av nanosheet och ljus kan ge nya metoder för att kontrollera och reglera cellulär migration och funktioner.

Teamet fann att nanosheets binder till en cellytereceptor känd som ett integrin, ett enkelt protein med socker. Dessa integrinproteiner är viktiga för normal cellfunktion genom att ge information till celler om dess omgivning. Om dessa proteiner täcks av nanoark, de kan inte säga åt cellerna att röra sig, effektivt stoppa cellerna på obestämd tid.