Un estudio reciente, afiliado a UNIST ha desarrollado un nuevo método para reparar el hueso lesionado utilizando células madre de la médula ósea humana y un material de carbono con propiedades fotocatalíticas, lo que podría conducir a tratamientos potentes para las lesiones del sistema esquelético, como fracturas o enfermedad periodontal.

Esta investigación ha sido realizada conjuntamente por el Profesor Youngkyo Seo de Ciencias de la Vida y el Dr. Jitendra N. Tiwari de Química en colaboración con el Profesor Kwang S. Kim de Ciencias Naturales. Profesor Pann-Ghill Suh de Ciencias de la Vida, y otros siete investigadores de UNIST.

En el estudio, el equipo de investigación informó que las láminas de nitruro de carbono (C₃N₄) que absorben la luz roja conducen a una proliferación y diferenciación osteogénicas notables mediante la activación del factor de transcripción 2 (Runx2) relacionado con el runt, un factor de transcripción clave asociado con la diferenciación de osteoblastos.

Los resultados del estudio se han publicado en la edición de enero de ACS Nano diario. El equipo de investigación espera que este avance en la investigación pueda conducir a una mejora de la regeneración ósea.

El uso de células madre mesenquimales derivadas de la médula ósea humana (hBMSC) se ha probado con éxito en el tratamiento de fracturas debido a su potencial para regenerar hueso en pacientes que han perdido grandes áreas de hueso por enfermedad o trauma. Recientemente, Se han realizado muchos intentos para mejorar la función de las células madre utilizando nanotubos de carbono, grafenos, y nanoóxidos.

En el estudio, El profesor Kim y el profesor Suh examinaron las hojas de C₃N₄. Descubrieron que este material absorbe la luz roja y luego emite fluorescencia, que se puede utilizar para acelerar la regeneración ósea. El equipo del profesor Kim sintetizó derivados de nitrógeno de carbono a partir de compuestos de melamina. Luego, analizaron las características de absorción de luz de las hojas de C₃N₄ en un rango de longitud de onda de 455-635 nanómetros (nm). Como resultado, Se encontró que las láminas de C₃N₄ emiten fluorescencia a una longitud de onda de 635 nm cuando se exponen a luz roja en estado líquido. En este momento, los electrones liberados indujeron la acumulación de calcio en el citoplasma.

El profesor Suh realizó una aplicación biomédica de este material. Primero, Se cultivaron células madre y células cancerosas en un medio que contenía 200 µg / ml de láminas de C₃N₄. Después de dos días de pruebas, el material no mostró citotoxicidad, haciéndolo útil como biomateriales.

También se confirmó que las hojas de C₃N₄ actúan sobre las células madre para diferenciarse en osteoblastos para promover la formación de minerales. En este proceso, los genes marcadores de diferenciación osteogénica (ALP, BSP, y OCN) proliferaron. Es más, el Rux2 (factor de transcripción 2 relacionado con Runt), También se activó un factor clave en la diferenciación de osteoblastos. Esto dio como resultado una mayor diferenciación de osteoblastos y una formación ósea acelerada.

"Esta investigación ha abierto la posibilidad de desarrollar un nuevo medicamento que trate eficazmente las lesiones esqueléticas, como fracturas y osteoporosis, ", dijo el profesor Young-Kyo Seo." Será una herramienta muy útil para hacer articulaciones y dientes artificiales con el uso de la impresión 3D ".

Él añade, "Este es un hito importante en el análisis de las funciones biomecánicas necesarias para el desarrollo de biomateriales, incluyendo adyuvantes para tejidos duros como huesos y dientes dañados ".

El equipo de investigación espera que sus hallazgos confirmen el potencial de las hojas de C₃N₄ para desarrollar la formación ósea y dirigir las hBMSC hacia la regeneración ósea.

Esta investigación se llevó a cabo con el apoyo del Programa Nacional de Científicos de Honor y el proyecto de desarrollo tecnológico de la fuente de envejecimiento, que es promovido por el Ministerio de Ciencia de Corea, TIC y planificación futura.