دانشمندان ازفناوری نانو برای شناسایی سلول های بنیادی ترمیم کننده استخوان استفاده می کنند

محققان دانشگاه Southampton،روش جدیدی برای استفاده ازنانومتریال برای شناسایی وغنی سازی سلول های بنیادی اسکلتی ایجاد کرده اند-این کشف می تواند درنهایت منجربه درمان های جدید برای شکستگی های عمده ی استخوان وترمیم استخوان ازدست رفته یا آسیب دیده می شود.

تیمی ازفیزیکدانان، شیمی دانان وکارشناسان مهندسی بافت،باهمکاری یکدیگر، ازنانوذرات طلا مخصوص برای جست وجوی سلول های بنیادی استفاده کردند-ایجاد یک درخشش فلوئورسنت،وجود آن هارا درمیان سلول های دیگر نشان می دهد واجازه می دهد آن ها جدا یاغنی شوند.

محققان نتیجه گرفتند که روش جدید آن ها ساده وتر وسریع ترو500-50 برابر،موثرتردرغنی سازی سلول های بنیادی است.

این مطالعه به سرپرستی استاد علوم اسکلتی عضلانی،Richard Oreffo وپروفسورAntonios Kanaras ازگروه کوانتوم،نور وماده در مدرسه ی فیزیک ونجوم درACS Nano-یک مجله چند رشته ای معتبر بین المللی-منتشر شده است.

در تست های آزمایشگاهی،محققان ازنانوذرات طلا-ذرات کوچک کروی متشکل ازهزاران اتم طلا- که با الیگونوکلئوتیدها (رشته های DNA)پوشانده شده اند،استفاده کردند تا تشخیص نوری  RNAپیام رسان (mRNA)،سلول های بنیادی اسکلتی را درمغز استخوان تشخیص دهند.

هنگامی که تشخیص صورت می گیرد،نانوذرات با مشاهده میکروسکوپی،رنگ فلوئورسنت آزاد می کنند وسلول های بنیادی را ازسایر سلول های اطراف قابل تشخیص می کنند.سپس می توان سلول های بنیادی رابااستفاده ازیک فرآیند مرتب سازی پیچیده سلول فلورسانس جداکرد.

سلول های بنیادی سلول هایی هستند که هنوزتخصص یافته نیستند ومی توانند برای انجام عملکردهای مختلف توسعه یابند.شناسایی سلول های بنیادی به دانشمندان این اجازه را می دهد تااین سلول ها رادرشرایط مشخص رشد دهند تا رشد وتشکیل بافت استخوان وغضروف راامکان پذیرکنند-به عنوان مثال،برای ترمیم استحوان های شکسته.

ازجمله چالش های مطرح شده توسط جمعیت سالخورده ی ما،نیازبه رویکردهای جدید ومقرون به صرفه برای ترمیم استخوان است.بادرنظر گرفتن ریسک شکستگی ناشی ازپوکی استخوان یک زن ازهر سه زن ویک مرد ازهرپنج مرد درسراسرجهان،هزینه های قابل توجهی است،فقط شکستگی استخوان برای اقتصاد اروپا 17میلیارد یورو واقتصاد آمریکا سالانه 20میلیارد دلار است.

پروفسور Richard Oreffo وتیمش درگروه تحقیقاتی استخوان ومفصل دانشگاه Southamptons،به مدت بیش از15سال به دنبال درمان های مبتنی برسلول های بنیادی استخوان بودند تابتوانند رشد بافت های استخوان رادرک کنند واستخوان وغضروف تولید کنند.درهمان بازه زمانی،پروفسور Antonios Kanaras وهمکارانش در گروه کوانتوم،نور وماده درحال طراحی نانومواد جدید بوده وکاربردهای آن ها درزمینه علوم زیست پزشکی وانرژی مطالعه کنند.این آخرین مطالعه به طورموثراین رشته ها رابه ارمغان می آورد ونمونه ای ازتاثیر همکاری متقابل،کاربین رشته ای می تواند به ارمغان بیاورد.پروفسورOreffo گفت:”درمان های مبتنی برسلول های بنیادی،پیشنهاد های مهیج وامیدوار کننده ای را برای درمان بیماری های استخوان وداروهای باز زایی استخوان برای جمعیت مسن ارائه می دهد.مطالعات فعلی،توالی DNAمنحصر به فردی راازهدف هایی که معتقدیم سلول های بنیادی اسکلتی راغنی می کند،مهار کرده وبااستفاده ازمرتب سازی سلول فعال شده بافلورسانس(FACS)،ماتوانسته ایم سلول های بنیادی بیماران راغنی کنیم.شناسایی مارکرهای منحصر به فرد،هدف مقدس ما درزیست شناسی سلول های بنیادی استخوان است ودرحالی که هنوز راهی برای پیشروی داریم.این مطالعات یک گام تغییر درتوانایی ما درهدف قرار دادن وشناسایی سلول های بنیادی استخوان انسان وپتانسیل درمانی شگفت انگیزدرآن است.”

پروفسورOreffoافزود:”مهم ترازهمه،این مطالعات نشان دهنده ی مزایای تحقیقات بین رشته ای برای رفع مشکلی چالش برانگیزدرسطح زیست شناسی سلولی/مولکولی همراه بافناوری های شیمی نانومواد است.”

پروفسورKanaras گفت :”طراحی مناسب مواد برای کاربرد آن ها درسیستم های پیچیده ضروری است.بااستفاده ازشیمی نانوذرات،ما می توانیم توابع خاصی را درطراحی آن هابرنامه ریزی کنیم.

“دراین پروژه تحقیقاتی ،ما نانوذرات پوشش داده شده با توالی کوتاه DNA راطراحی کردیم که قادر به درک وحس کردن HSPA8 Mrna  وRunx2 mRNA  درسلول های بنیادی اسکلتی وهمراه با استراتژیهای پیشرفته FACSهستند،تامجموعه سلول های مربوطه مغزاستخوان انسان طبقه بندی شوند.

“یک جنبه مهم ازطراحی نانومواد شامل استراتژی هایی برای تنظیم تراکم الیگونوکلئوتید برروی سطح نانوذرات است که به جلوگیری ازتخریب آنزیمی DNA درسلول ها کمک می کند.گزارشگرهای فلورسنت درالیگونوکلئوتید ها ماراقادر می سازد که وضعیت نانوذرات رادرمراحل مختلف آزمایش مشاهده کنند،تا کیفیت گیرنده های درون سلولی راتضمین کند.”

هم چنین هردو محقق ارشد تشخیص دادند که این موفقیت به دلیل کار همه همکاران باتجربه این تحقیق ودانشجویان دکتری دراین تحقیق وهمچنین همکاری باپروفسورTom Brown ودکترAfaf E-Sagheer ازدانشگاه آکسفورد که انواع زیادی ازالیگونوکلئوتید های زیادی راسنتر کرده است،بدست آمد.دانشمندان درحال حاضر درحال استفاده ازتوالی RNAتک سلولی با تکنولوژی پلتفرم توسعه یافته با شرکای آکسفورد موسسه علوم زیستی (IFLS) درSouthampton به منظوراصلاح وغنی سازی سلول های بنیادی استخوان وارزیابی عملکرد،هستند.سپس این تیم پیشنهاد می کند بااستفاده ازمطالعات پیش بالینی تشکیل استخوان،به اثبات مطالعات مفهومی بپردازد.ِ

این کار ازطریق کمک مالی پروژه BBSRC به پروفسور Oreffo وپروفسور Kanarasامکان پذیر است.

https://www.sciencedaily.com