As células-tronco humanas têm mostrado potencial na medicina, pois podem se transformar em vários tipos de células especializadas, como células ósseas e cartilaginosas. A abordagem atual para obter essas células especializadas é sujeitar as células-tronco a moléculas de proteínas instrutivas especializadas conhecidas como fatores de crescimento. Contudo, o uso de fatores de crescimento no corpo humano pode gerar efeitos prejudiciais, incluindo o crescimento indesejado de tecidos, como um tumor.

Pesquisadores da Texas A&M University exploraram uma nova classe de nanopartículas de argila que podem direcionar as células-tronco para se tornarem células ósseas ou cartilaginosas.

Dr. Akhilesh Gaharwar, um professor assistente no Departamento de Engenharia Biomédica, e seus alunos demonstraram que um tipo específico de nanopartículas bidimensionais (2-D), também conhecido como nanosilicatos, pode crescer tecido ósseo e cartilaginoso a partir de células-tronco na ausência de fatores de crescimento. Essas nanopartículas são semelhantes ao formato da linhaça, mas 10 mil vezes menor em tamanho. Trabalho deles, "Mudanças generalizadas no perfil do transcriptoma de células-tronco mesenquimais humanas induzidas por nanosilicatos bidimensionais, "foi publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences esta semana.

Os nanomateriais bidimensionais ganharam popularidade crescente em uma variedade de campos, como energia, óptica e engenharia regenerativa, devido ao seu tamanho extremamente pequeno e forma única. Essas nanopartículas consistem em camadas atômicas altamente organizadas feitas de minerais. Os minerais estão abundantemente presentes no corpo humano e auxiliam em algumas funções vitais.

Para entender como essas nanopartículas interagem com as células-tronco, utilizamos uma técnica de sequenciamento de última geração chamada RNA-seq, "disse Irtisha Singh, um biólogo computacional da Weill Cornell Medicine na Cornell University e o autor correspondente. "O RNA-seq tira um instantâneo da atividade do gene da célula em qualquer momento. Isso é semelhante a tirar uma foto de alta resolução durante o Super Bowl e identificar a reação de cada fã durante o touchdown."

O RNA-seq usa o sequenciamento de última geração (NGS) para revelar a presença e a quantidade de RNA em uma amostra biológica em um determinado momento. Por exemplo, as interações célula-nanopartícula podem resultar em mudanças significativas no comportamento celular que podem ser observadas usando esta técnica.

“Esta técnica é muito sensível para investigar a interação de uma ampla variedade de nanomateriais com as células, "disse Jake Carrow, candidato a doutorado no laboratório de Gaharwar e co-autor do estudo. "Com esta combinação de nanotecnologia e biologia computacional, podemos entender melhor como a química de um material, a forma e o tamanho podem contribuir para as funções celulares. "

A partir deste estudo, os nanossilicatos demonstraram algumas capacidades muito interessantes quando aplicados a células-tronco humanas adultas. Essas células apresentaram sinalização tipicamente observada durante a regeneração de osso e cartilagem. Isso indica um grande potencial para essas nanopartículas como uma possível terapia contra a osteoartrite entre outras lesões ortopédicas. Acredita-se que essa resposta celular se origine da composição física e química única das nanopartículas. Essa premissa de partículas de base mineral que afetam o comportamento das células abriu as portas para o desenvolvimento de uma nova classe de terapias.

"A capacidade de personalizar uma terapia para um tecido específico, simplesmente alterando o conteúdo mineral dentro da nanopartícula, apresenta um grande potencial no campo da engenharia regenerativa, "disse Lauren Cross, também co-primeiro autor na publicação. "Acreditamos que este novo campo da 'mineralômica' pode fornecer uma alternativa viável em comparação com os tratamentos atuais existentes hoje."