Las células madre humanas han demostrado tener potencial en la medicina, ya que pueden transformarse en varios tipos de células especializadas, como células de hueso y cartílago. El enfoque actual para obtener estas células especializadas es someter a las células madre a moléculas de proteínas instructivas especializadas conocidas como factores de crecimiento. Sin embargo, el uso de factores de crecimiento en el cuerpo humano puede generar efectos nocivos, incluido el crecimiento de tejido no deseado, como un tumor.

Investigadores de la Universidad Texas A&M han explorado una nueva clase de nanopartículas de arcilla que pueden dirigir las células madre para que se conviertan en células óseas o cartilaginosas.

Dr. Akhilesh Gaharwar, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica, y sus estudiantes han demostrado que un tipo específico de nanopartículas bidimensionales (2-D), también conocidos como nanosilicatos, puede hacer crecer tejido óseo y cartilaginoso a partir de células madre en ausencia de factores de crecimiento. Estas nanopartículas tienen una forma similar a la de la linaza, pero 10 mil veces más pequeño en tamaño. Su trabajo, "Cambios generalizados en el perfil del transcriptoma de las células madre mesenquimales humanas inducidos por nanosilicatos bidimensionales, "ha sido publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias esta semana.

Los nanomateriales bidimensionales han ganado una popularidad creciente en una variedad de campos, como la energía, óptica e ingeniería regenerativa, debido a su tamaño extremadamente pequeño y forma única. Estas nanopartículas consisten en capas atómicas altamente organizadas hechas de minerales. Los minerales están abundantemente presentes en el cuerpo humano y ayudan en algunas funciones vitales.

Para comprender cómo interactúan estas nanopartículas con las células madre, utilizamos una técnica de secuenciación de próxima generación llamada RNA-seq, "dijo Irtisha Singh, un biólogo computacional de Weill Cornell Medicine en la Universidad de Cornell y el autor correspondiente. "RNA-seq toma una instantánea de la actividad genética de la célula en un momento dado. Esto es similar a tomar una foto de alta resolución durante el Super Bowl e identificar la reacción de cada fan durante el touchdown".

RNA-seq utiliza secuenciación de próxima generación (NGS) para revelar la presencia y cantidad de RNA en una muestra biológica en un momento dado. Por ejemplo, Las interacciones célula-nanopartícula pueden resultar en un cambio significativo en el comportamiento celular que se puede observar mediante el uso de esta técnica.

"Esta técnica es muy sensible para investigar la interacción de una amplia variedad de nanomateriales con células, "dijo Jake Carrow, un candidato a doctorado en el laboratorio de Gaharwar y co-primer autor del estudio. "Con esta combinación de nanotecnología y biología computacional, podemos comprender mejor cómo la química de un material, la forma y el tamaño pueden contribuir a las funciones celulares ".

De este estudio, Los nanosilicatos demostraron algunas capacidades muy interesantes cuando se aplicaron a células madre humanas adultas. Estas células presentaban señales típicamente observadas durante la regeneración de huesos y cartílagos. Esto indica un gran potencial para estas nanopartículas como posible terapia contra la osteoartritis entre otras lesiones ortopédicas. Se cree que esta respuesta celular se origina a partir de la composición física y química única de las nanopartículas. Esta premisa de partículas de base mineral que afectan el comportamiento celular ha abierto las puertas al desarrollo de una nueva clase de terapias.

"La capacidad de personalizar una terapia para un tejido específico, simplemente cambiando el contenido mineral dentro de la nanopartícula, presenta un gran potencial dentro del campo de la ingeniería regenerativa, "dijo Lauren Cross, también co-primer autor de la publicación. "Creemos que este nuevo campo de la 'mineralómica' puede proporcionar una alternativa viable en comparación con los tratamientos actuales que existen en la actualidad".