p Pesquisadores da Universidade de Southampton desenvolveram uma nova maneira de usar nanomateriais para identificar e enriquecer células-tronco esqueléticas - uma descoberta que pode levar a novos tratamentos para grandes fraturas ósseas e ao reparo de ossos perdidos ou danificados. p Trabalhando juntos, uma equipe de físicos, Químicos e especialistas em engenharia de tecidos usaram nanopartículas de ouro especialmente projetadas para 'procurar' células-tronco ósseas humanas específicas - criando um brilho fluorescente para revelar sua presença entre outros tipos de células e permitir que sejam isoladas ou 'enriquecidas'.

p Os pesquisadores concluíram que sua nova técnica é mais simples e rápida do que outros métodos e até 50-500 vezes mais eficaz no enriquecimento de células-tronco.

p O estudo, liderado pelo professor de ciência musculoesquelética, Richard Oreffo e o Professor Antonios Kanaras do Quantum, Grupo Luz e Matéria da Escola de Física e Astronomia, é publicado em ACS Nano —Um jornal multidisciplinar reconhecido internacionalmente.

p Em testes de laboratório, os pesquisadores usaram nanopartículas de ouro - minúsculas partículas esféricas feitas de milhares de átomos de ouro - revestidas com oligonucleotídeos (fitas de DNA), para detectar opticamente as assinaturas específicas de RNA mensageiro (mRNA) de células-tronco esqueléticas na medula óssea. Quando a detecção ocorre, as nanopartículas liberam um corante fluorescente, tornando as células-tronco distinguíveis de outras células vizinhas, sob observação microscópica. As células-tronco podem então ser separadas usando um sofisticado processo de classificação de células por fluorescência.

p As células-tronco são células que ainda não são especializadas e podem se desenvolver para desempenhar diferentes funções. A identificação de células-tronco esqueléticas permite que os cientistas desenvolvam essas células em condições definidas para permitir o crescimento e a formação de tecido ósseo e cartilaginoso, por exemplo, para ajudar a consertar ossos quebrados.

p Entre os desafios colocados pelo envelhecimento da nossa população está a necessidade de abordagens novas e econômicas para o reparo ósseo. Com uma em cada três mulheres e um em cada cinco homens em risco de fraturas osteoporóticas em todo o mundo, os custos são significativos, com as fraturas ósseas custando à economia europeia € 17 bilhões e à economia dos EUA $ 20 bilhões anualmente.

p Dentro do Grupo de Pesquisa Conjunta e Óssea da Universidade de Southampton, O professor Richard Oreffo e sua equipe têm estudado terapias baseadas em células-tronco ósseas por mais de 15 anos para entender o desenvolvimento do tecido ósseo e gerar osso e cartilagem. Durante o mesmo período de tempo, Professor Antonios Kanaras e seus colegas do Quantum, O Light and Matter Group tem desenvolvido novos nanomateriais e estudado suas aplicações nas áreas de ciências biomédicas e energia. Este último estudo reúne efetivamente essas disciplinas e é um exemplo do impacto colaborativo, o trabalho interdisciplinar pode trazer.

p O professor Oreffo disse:"As terapias baseadas em células-tronco esqueléticas oferecem algumas das áreas mais emocionantes e promissoras para o tratamento de doenças ósseas e medicina regenerativa óssea para uma população em envelhecimento. Os estudos atuais aproveitaram sequências de DNA exclusivas de alvos que acreditamos que enriqueceriam as células-tronco esqueléticas e, usando a classificação de células ativadas por fluorescência (FACS), pudemos enriquecer células-tronco ósseas de pacientes. A identificação de marcadores únicos é o Santo Graal na biologia de células-tronco ósseas e, enquanto ainda temos algum caminho a percorrer; esses estudos oferecem uma mudança radical em nossa capacidade de direcionar e identificar células-tronco ósseas humanas e o potencial terapêutico estimulante delas. "

p O professor Oreffo acrescentou:"Mais importante, esses estudos mostram as vantagens da pesquisa interdisciplinar para abordar um problema desafiador com biologia molecular / celular de última geração combinada com tecnologias de plataforma química de nanomateriais. "

p O professor Kanaras disse:"O design apropriado de materiais é essencial para sua aplicação em sistemas complexos. Personalizando a química das nanopartículas, somos capazes de programar funções específicas em seu design.

p "Neste projeto de pesquisa, projetamos nanopartículas revestidas com sequências curtas de DNA, que são capazes de detectar mRNA HSPA8 e mRNA Runx2 em células-tronco esqueléticas e, juntamente com estratégias avançadas de bloqueio FACS, para permitir o sortimento das células relevantes da medula óssea humana.

p "Um aspecto importante do projeto de nanomateriais envolve estratégias para regular a densidade de oligonucleotídeos na superfície das nanopartículas, que ajudam a evitar a degradação enzimática do DNA nas células. Repórteres fluorescentes nos oligonucleotídeos nos permitem observar o estado das nanopartículas em diferentes estágios do experimento, garantindo a qualidade do sensor endocelular. "

p Os dois pesquisadores principais também reconhecem que as conquistas foram possíveis devido ao trabalho de todos os bolsistas experientes e doutores. alunos envolvidos nesta pesquisa, bem como colaboração com o Professor Tom Brown e o Dr. Afaf E-Sagheer da Universidade de Oxford, que sintetizou uma grande variedade de oligonucleotídeos funcionais.

p Os cientistas estão atualmente aplicando sequenciamento de RNA de célula única à tecnologia de plataforma desenvolvida com parceiros em Oxford e o Instituto de Ciências da Vida (IfLS) em Southampton para refinar e enriquecer ainda mais as células-tronco ósseas e avaliar a funcionalidade. A equipe propõe então passar para a aplicação clínica com estudos de formação óssea pré-clínica para gerar estudos de prova de conceito.