Design av den bulk PNIPAAm nanopormönstrade ytan. (A) Diagram som visar trestegs nanoreplikationsprocessen bestående av aluminiumanodisering, nickel nanoelektroformning, och UV nanoimprinting. (B) SEM-bilder (skalbar:500 nm) av PNIPAAm FL och NPt80 skapade i varje steg i nanoreplikationsprocessen. (C) Den mekaniska karakteriseringen; och (D) replikerbar mönsterupplösning av PNIPAAm NPt-substraten jämfört med olika PNIPAAm-hydrogeler i olika former. Kredit:POSTECH
Stamceller är cellfabriker som hela tiden delar sig själva för att skapa nya celler. Att implantera stamceller i skadade organ kan regenerera nya vävnader. Cell sheet engineering, som gör att stamceller kan transplanteras till skadade områden i form av ark som endast består av celler, eliminerar helt immunavstötning orsakad av externa ämnen och uppmuntrar vävnadsregenerering. En forskargrupp ledd av POSTECH lyckades nyligen drastiskt minska skördeperioden för sådana stamcellsark.
Ett gemensamt forskarlag bestående av professor Dong Sung Kim och forskare Andrew Choi från POSTECHs avdelning för maskinteknik och Dr InHyeok Rhyou och Dr Ji-Ho Lee från avdelningen för ortopedisk kirurgi vid Pohang Semyung Christianity Hospital har avsevärt minskat den totala skördeperioden av ett stamcellsark till två dagar. Nanotopografin av poly(N-isopropylakrylamid) (PNIPAAm), som plötsligt ändrar sin grovhet beroende på temperatur, tillåter skörd av cellblad som består av mesenkymala stamceller härrörande från mänsklig benmärg. Med tanke på att det i genomsnitt tar en vecka att göra stamceller till ark med de befintliga tekniker som utvecklats hittills, detta är den kortaste skördetiden någonsin. Dessa forskningsrön publicerades som ett omslagspapper i det senaste numret av Biomaterialvetenskap , en internationell tidskrift inom biomaterialområdet.
Professor Kims forskargrupp fokuserade på PNIPAAm, en polymer som antingen kombineras med vatten eller avvärjer det beroende på temperaturen. I tidigare studier, PNIPAAm har introducerats som ett beläggningsmaterial för cellodlingsplattform för att skörda cellark, men användningsområdet hade hämmats på grund av de begränsade typerna av celler som kan göras till ark. För första gången 2019, forskargruppen utvecklade en teknik för att enkelt reglera grovheten hos 3-D bulk PNIPAAm och har stabilt producerat olika typer av celler till ark.
Studien som genomfördes den här gången fokuserade på att göra stamceller - som är effektiva vid vävnadsregenerering - till ark på kort tid för att öka deras direkta användbarhet. Teamet uppnådde detta genom att applicera ett isotropiskt mönster av nanoporer som mätte 400 nanometer (nm, 1 miljarddels meter) på ytan av en 3D-bulk PNIPAAm. Som ett resultat, inte bara accelererade bildandet och mognaden av mänskliga benmärgshärledda mesenkymala stamceller på nanotopografin av bulk PNIPAAm, men ytråheten hos bulk PNIPAAm vid rumstemperatur under den lägre kritiska lösningstemperaturen (LCST) ökades också snabbt, inducerar effektivt lossningen av cellark. Detta i sin tur möjliggjorde snabb skörd av mänskliga benmärgshärledda mesenkymala stamcellsark.
"Minst fem dagar behövs för att skörda stamcellsark som rapporterats genom tidigare forskning, " kommenterade Andrew Choi, " författaren till tidningen. "Vi kan nu skörda dem på bara två dagar med PNIPAAm nanotopografi som utvecklats den här gången."
"Vi har avsevärt förkortat skördetiden genom att introducera nanotopografi på ytan av 3-D bulk PNIPAAm för att producera mogna stamcellsark för första gången i världen, " kommenterade professor Dong Sung Kim som ledde studien. Han tillade, "Vi har öppnat för möjligheten att applicera lakanen direkt på patienter i framtiden."