干細胞可以在體內(nèi)發(fā)育成許多不同類型的細胞。例如，當一個人受傷時，干細胞會到達受傷部位并幫助修復受損組織。德克薩斯 A&M 大學的一組研究人員開發(fā)的新納米技術(shù)可以通過引導干細胞形成骨組織來利用身體的再生潛力。

Akhilesh K. Gaharwar，生物醫(yī)學工程系副教授和影響研究員，醫(yī)學和生物工程研究所研究員，領(lǐng)導該團隊。研究人員開發(fā)了水穩(wěn)定的二維共價有機框架 (COF)納米顆粒，可以指導人類間充質(zhì)干細胞分化為骨細胞。

二維 COFs(多孔有機聚合物)由于其結(jié)晶度、有序和可調(diào)節(jié)的多孔結(jié)構(gòu)以及高比表面積而受到了廣泛的研究關(guān)注。然而，將COFs加工成納米材料的難度——以及它們的穩(wěn)定性差——限制了它們在再生醫(yī)學和藥物輸送中的應(yīng)用。需要新的方法來為這些 COF 提供足夠的生理穩(wěn)定性，同時保持它們的生物相容性。

Gaharwar 的團隊通過將 COF 與兩親聚合物結(jié)合來增強 COF 的水解(水)穩(wěn)定性，兩親聚合物是同時包含疏水和親水成分的大分子。這種以前沒有報道過的方法使 COF 具有水分散性，從而使這些納米粒子能夠應(yīng)用于生物醫(yī)學。

“據(jù)我們所知，這是第一份證明 COF 能夠?qū)⒏杉毎龑е凉墙M織的報告，”Gaharwar 說。“這項新技術(shù)有可能影響骨再生的治療。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，即使在較高濃度下，二維 COF 也不會影響細胞的活力和增殖。他們觀察到這些 2D COF 表現(xiàn)出生物活性并將干細胞引導至骨細胞。初步研究表明，這些納米粒子的形狀和大小可以賦予這種生物活性，需要進行額外的深入研究以獲得機理見解。

這些納米顆粒是高度多孔的，Gaharwar 的團隊利用這種獨特的特性進行藥物輸送。他們能夠?qū)⒁环N稱為地塞米松的骨誘導藥物加載到 COF 的多孔結(jié)構(gòu)中，以進一步增強骨形成。

“這些納米顆?？梢匝娱L藥物向人類間充質(zhì)干細胞的輸送時間，這些細胞通常用于骨再生，”該研究的資深作者、生物醫(yī)學工程系博士后助理 Sukanya Bhunia 說。“藥物的持續(xù)給藥導致干細胞向骨譜系的分化增強，這種技術(shù)可用于骨再生。”

Gaharwar 指出，在提供了概念驗證后，該團隊的下一步研究將是在患病模型中評估這種納米技術(shù)。

這些發(fā)現(xiàn)對于未來的生物材料設(shè)計很重要，可以為組織再生和藥物輸送應(yīng)用提供方向。

研究結(jié)果發(fā)表在Advanced Healthcare Materials雜志上。其他研究貢獻者是德州農(nóng)工大學生物醫(yī)學工程系的 Manish Jaiswal、Kanwar Abhay Singh 和 Kaivalya Deo。