Stammzelle louismmolina/iStock
Forscher aus Universität des Royal Melbourne Institute of Technology RMIT, Australien, haben hochfrequente Schallwellen in einer neuartigen Behandlung eingesetzt drehen Stammzellen in Knochenzellen in der Hoffnung, Patienten mit Krebs oder degenerativen Erkrankungen dabei zu helfen, ihre Knochen durch Gewebezüchtung nachwachsen zu lassen.
Gewebetechnik ist ein aufstrebendes Gebiet der Biologie, das sich auf die Regeneration, Wiederherstellung oder Verbesserung biologischer Gewebe konzentriert.
Die Forschung zur Wiederherstellung von Knochengewebe erfordert große Mengen an Stammzellen. Während einige Studien im Laufe ihrer Forschung Knochenmarkstammzellen verwendet haben, ist die Extraktion dieser Zellen unerträglich schmerzhaft.
Das Forscherteam in Australien konzentrierte sich auf die Verwendung von Schallwellen, um Stammzellen dazu zu bringen, sich in verschiedene Zellschicksale zu differenzieren. Die Methode nutzt die natürliche Fähigkeit des menschlichen Körpers, sich selbst zu heilen, um Knochen- und Muskelgewebe wieder aufzubauen, und könnte dazu beitragen, die Notwendigkeit für die oft schmerzhaften Verfahren der derzeitigen Methoden zu verringern.
„Die Schallwellen verkürzen die Behandlungszeit, die normalerweise erforderlich ist, um Stammzellen dazu zu bringen, sich in Knochenzellen umzuwandeln, um mehrere Tage“, erklärte Dr. Amy Gelmi, Forschungsstipendiatin des Vizekanzlers am RMIT und Co-Hauptautorin der Studie, in einer Erklärung.
„Diese Methode erfordert auch keine speziellen ‚knocheninduzierenden‘ Medikamente und ist sehr einfach auf die Stammzellen anzuwenden. Unsere Studie ergab, dass dieser neue Ansatz ein starkes Potenzial für die Behandlung der Stammzellen hat, bevor wir sie entweder beschichtensie auf ein Implantat oder injizieren sie direkt in den Körper für die Gewebezüchtung“, fügte Gelmi hinzu.
Bisher waren die experimentellen Verfahren zur Umwandlung adulter Stammzellen in Knochenzellen sowohl kompliziert als auch teuer, was ihre Übernahme in klinische Anwendungen erschwerte.
Die Studie von RMIT-Forschern zeigte, dass sich die mit hochfrequenten Schallwellen behandelten Stammzellen, die auf einem ebenfalls vom RMIT entwickelten, kostengünstigen Mikrochip-Gerät erzeugt wurden, schnell und effizient in Knochenzellen verwandelten. Die Behandlung wirkte anverschiedene Arten von Zellen, einschließlich weit weniger schmerzhaft extrahierter, aus Fett gewonnener Stammzellen.
Während des Prozesses liefert das kleine, skalierbare Gerät schnelle Hochfrequenzstöße an die Zielstammzellen. Die an erwachsenen Patienten durchgeführten Tests zeigten, dass fünf Behandlungen von zehn Minuten pro Tag die Differenzierung von Stammzellen zu Knochenzellen auslösen.
In der nächsten Phase der Forschung werden Methoden untersucht, um die Plattform hochzuskalieren und einen Bioreaktor zu entwickeln, der Stammzellen in großen Mengen in Knochenzellen treiben kann.
Zusammenfassung
Das Schicksal von Stammzellen kann durch die Anwendung verschiedener externer physikalischer Stimuli gesteuert werden, was einen kontrollierten Ansatz zur gezielten Differenzierung ermöglicht. Studien, die die Verwendung dynamisch-mechanischer Hinweise beinhalten, die durch Vibrationsanregung angetrieben werden, waren bisher jedoch auf niedrige Frequenzen Hzbis kHz Erzwingen über längere Zeiträume typischerweise kontinuierliche Behandlung für > 7 Tage Im Gegensatz zu früheren Behauptungen, dass es wenig Nutzen hat, Frequenzen über 1 kHz anzuwenden, zeigen wir hier, dass hochfrequente Mechanostimulation in der Größenordnung von MHz in Form einer Amplitudenoberfläche im Nanobereichreflektierte Massenwellen sind in der Lage, die Differenzierung menschlicher mesenchymaler Stammzellen aus verschiedenen Spenderquellen in Richtung einer Osteoblasten-Linie auszulösen, wobei frühe, kurzzeitige Stimuli eine langfristige osteogene Bindung induzierenhochfrequente 10 MHz Mechanostimulation löst nachweislich eine signifikante Hochregulierung bei frühen osteogenen Markern ausRUNX2, COL1A1 und anhaltende Zunahme von späten Markern Osteocalcin, Osteopontin durch einen mechanistischen Weg, der die Aktivierung von Piezokanälen und Rho-assoziierte Proteinkinase-Signale umfasst.Angesichts der Miniaturisierbarkeit und niedrigen Kosten der Geräte wird die Möglichkeit einer Hochskalierung der Plattform hin zu praktischen Bioreaktoren in Betracht gezogen, um den dringenden Bedarf an effizienteren Technologien zur Differenzierung von Stammzellen bei der Verfolgung übersetzbarer Strategien der regenerativen Medizin zu decken.