Um estudo recente, afiliado ao UNIST desenvolveu um novo método de reparação de osso lesado usando células-tronco da medula óssea humana e um material de carbono com propriedades fotocatalíticas, o que poderia levar a tratamentos poderosos para lesões do sistema esquelético, como fraturas ou doença periodontal.

Esta pesquisa foi conduzida conjuntamente pelo Professor Youngkyo Seo de Ciências da Vida e Dr. Jitendra N. Tiwari de Química em colaboração com o Professor Kwang S. Kim de Ciências Naturais, Professor Pann-Ghill Suh de Ciências da Vida, e outros sete pesquisadores da UNIST.

No estudo, a equipe de pesquisa relatou que as folhas de nitreto de carbono que absorvem a luz vermelha (C₃N₄) levam a notável proliferação e diferenciação osteogênica pela ativação do fator de transcrição 2 relacionado ao runt (Runx2), um fator de transcrição chave associado à diferenciação de osteoblastos.

Os resultados do estudo foram publicados na edição de janeiro da ACS Nano Diário. A equipe de pesquisa espera que esse avanço na pesquisa possa levar ao aprimoramento da regeneração óssea.

O uso de células-tronco mesenquimais derivadas da medula óssea humana (hBMSCs) foi tentado com sucesso no tratamento de fraturas devido ao seu potencial para regenerar osso em pacientes que perderam grandes áreas ósseas por doença ou trauma. Recentemente, muitas tentativas foram feitas para melhorar a função das células-tronco usando nanotubos de carbono, grafenos, e nano-óxidos.

No estudo, O professor Kim e o professor Suh examinaram as planilhas C₃N₄. Eles descobriram que este material absorve luz vermelha e, em seguida, emite fluorescência, que pode ser usado para acelerar a regeneração óssea. A equipe do professor Kim sintetizou derivados de nitrogênio de carbono a partir de compostos de melamina. Então, eles analisaram as características de absorção de luz das folhas C₃N₄ em uma faixa de comprimento de onda de 455-635 nanômetros (nm). Como resultado, as folhas C₃N₄ emitiram fluorescência no comprimento de onda de 635 nm quando expostas à luz vermelha no estado líquido. Neste momento, os elétrons liberados induziram o cálcio a se acumular no citoplasma.

O professor Suh conduziu uma aplicação biomédica desse material. Primeiro, células-tronco e células cancerosas foram cultivadas em um meio contendo 200 μg / ml de folhas C₃N₄. Após dois dias de teste, o material não mostrou citotoxicidade, tornando-o útil como biomateriais.

Também foi confirmado que as folhas C₃N₄ atuam nas células-tronco para se diferenciar em osteoblastos para promover a formação de minerais. Nesse processo, os genes marcadores de diferenciação osteogênica (ALP, BSP, e OCN) proliferaram. Além disso, o Rux2 (fator de transcrição relacionado ao Runt 2), um fator chave na diferenciação dos osteoblastos também foi ativado. Isso resultou no aumento da diferenciação dos osteoblastos e na aceleração da formação óssea.

"Esta pesquisa abriu a possibilidade de desenvolver um novo medicamento que trata eficazmente as lesões esqueléticas, como fraturas e osteoporose, "disse o professor Young-Kyo Seo." Será uma ferramenta muito útil para fazer juntas e dentes artificiais com o uso de impressão 3D. "

Ele adiciona, “Este é um marco importante na análise das funções biomecânicas necessárias ao desenvolvimento de biomateriais, incluindo adjuvantes para tecidos duros, como ossos e dentes danificados. "

A equipe de pesquisa espera que suas descobertas confirmem o potencial das folhas C₃N₄ no desenvolvimento da formação óssea e no direcionamento de hBMSCs para a regeneração óssea.

Esta pesquisa foi realizada com o apoio do National Honor Scientist Program e do projeto de desenvolvimento de tecnologia da fonte do envelhecimento, que é promovido pelo Ministério da Ciência da Coreia, TIC e planejamento futuro.