支柱:突破性发现可加速植骨恢复

通过|2021年4月12日

微柱阵列使用的UV纳米压印技术本质上是使细胞变成骨。

图片来源:Unsplash的Nino Liverani

由莫纳什大学领导的一个国际研究小组发现了一项新技术,通过改变单个干细胞的形状和细胞核,可以加快从骨替代中恢复的速度。

莫纳什大学、墨尔本纳米制造中心、CSIRO、马克斯·普朗克医学研究所和瑞士洛桑联邦理工学院参与了这项研究合作,利用紫外纳米压印光刻技术开发了微柱阵列,本质上“欺骗”细胞成为骨骼。

纳米压印光刻技术允许以低成本、高通量和高分辨率创建微尺度图案。

研究人员发现,当这些比人类头发宽度小10倍的柱子作为骨骼置换程序的一部分被植入人体时,它们会改变干细胞的形状、细胞核和遗传物质。

该研究团队不仅能够确定柱子大小的地形及其对干细胞的影响,而且他们还发现,与目前的方法相比,可以产生四倍多的骨骼。研究结果发表在先进的科学

莫纳什大学材料科学与工程系副教授杰西卡·弗里斯说:“这意味着,通过进一步的测试,我们可以加快用周围组织锁定骨置换物的过程,同时减少感染的风险。”“我们还能够确定这些支柱结构采取什么形式,需要多大的尺寸来促进每个干细胞的变化,并选择一个最适合应用的。”

研究人员目前正在将这项研究推进到动物模型测试中,以观察它们在医疗植入物上的表现。

工程师、科学家和医学专业人士早就知道,细胞可以从微环境中获取复杂的机械线索,这反过来又影响了它们的发育。

然而,来自莫纳什大学机械和航空航天工程系的Victor Cadarso博士说,他们的结果指向了一种以前未定义的机制,在这种机制下,“机械转导信号传递”可以利用微形貌技术用于未来的临床设置。

Cadarso说:“利用表面微形貌而不是生物因子补充来直接决定细胞命运,对干细胞技术和细胞治疗中的智能细胞培养器以及设计具有增强骨诱导能力的智能植入材料具有深远的影响。”

来自莫纳什制药科学研究所和墨尔本纳米制造中心主任Nicolas Voelcker教授说,研究结果证实了微柱不仅影响了核的整体形状,而且还改变了核的内容。

“通过指定底层基质的结构来控制细胞核变形程度的能力可能为调节基因表达和随后的细胞命运打开了新的机会,”Voelcker说。

参考文献:James Carthew等,精密表面微形貌通过肌动球蛋白收缩力和核结构的改变调控细胞命运,《高级科学》(2021年)。DOI: 10.1002 / advs.202003186