فناوری نانو ابزاری جهت شناسایی سلول های ترمیم کننده

محققان دانشگاه ساوتهمپتون روش جدیدی برای استفاده از نانومواد برای شناسایی و غنی سازی سلول های بنیادی اسکلتی ابداع کرده اند که این کشف می تواند در نهایت منجر به ایجاد درمان های جدید جهت شکستگی های استخوان و ترمیم استخوان از دست رفته یا آسیب دیده شود.

برای اینکار تیمی متشکل از فیزیک دانان ، شیمی دانان و مهندسین بافت از نانو ذرات طلا برای جست و جوی سلول های بنیادی استخوان انسان استفاده کردند. بطوریکه هنگام ایجاد فلورسنت درخشان ، از دیگر سلول های موجود خود را نشان داده و قابل تفکیک و غنی سازی می شوند.محققان نتیجه گرفتند که روش جدید آنها ساده تر و سریعتر از سایر روش ها و تا 50-500 برابر موثرتر در غنی سازی سلول های بنیادی است.

فناوری نانو ابزاری جهت شناسایی سلول های ترمیم کننده

لازم به ذکر است که این مطالعه به سرپرستی استاد علوم اسکلتی عضلانی ، ریچارد اورفو و پروفسور آنتونیوس کاناراس از گروه کوانتوم ، در دانشکده فیزیک و نجوم در ACS Nano – یک مجله چند رشته ای معتبر بین المللی – منتشر شده است.

چگونگی تشخیص سلول های بنیادی :

برای تشخیص سلول های بنیادی ، محققان از نانوذرات طلا متشکل از هزاران اتم طلا که با الیگونوكلئوتیدها (رشته های DNA) پوشانده شده اند ، استفاده كردند تا امكانات خاص RNA پیام رسان سلولهای بنیادی اسكلتی را در مغز استخوان تشخیص دهند. سپس از طریق مشاهدات میکروسکوپی رنگ فلورسنت آزاد شده توسط سلول های بنیادی را تشخیص میدهند و توسط یک فرآیند مرتب سازی پیچیده سلول مورد نظر را جدا می کنند.

سلول های بنیادی سلول هایی هستند که هنوز تخصصی نیستند و می توانند برای انجام عملکردهای مختلف توسعه یابند. شناسایی سلول های بنیادی اسکلتی به دانشمندان اجازه می دهد تا این سلول ها را در شرایط مشخص رشد دهند تا رشد و تشکیل بافت استخوان و غضروف را امکان پذیر کنند به عنوان مثال ، برای ترمیم استخوان های شکسته.

یک مسئله بسیار مهم برای پزشکان و دانشمندان در عصر حاضر مشکل پوکی استخوان در اکثریت جوامع می باشد که طبق آخرین آمارها از هر سه زن یک نفر و از هر پنج مرد یک نفر به این بیماری دچار می شوند که ارائه رویکردهای جدید و مقرون به صرفه جهت کنترل و درمان این افراد دانشمندان را به چالش کشیده است. شکستگی استخوان برای اقتصاد اروپا 17 میلیارد یورو و اقتصاد آمریکا سالانه 20 میلیارد دلار هزینه دارد.

در دانشگاه ساوتهمپتونپروفسور ریچارد اورفو و تیم وی بیش از 15 سال است که نحوه رشد بافت استخوان و تولید استخوان و غضروف و درمانهای مبتنی بر سلولهای بنیادی استخوان را بررسی می کنند.

در همان بازه زمانی ، پروفسور آنتونیوس کاناراس و همکارانش در گروه کوانتوم ، در حال طراحی نانومواد جدید بوده و کاربردهای آنها را در زمینه علوم زیست پزشکی و انرژی مطالعه می کنند. این  تحقیقات به طور موثری این رشته ها را گرد هم آورده و نمونه ای از اثرگذاری همکاری میان رشته ای محسوب می شود.

فناوری نانو ابزاری جهت شناسایی سلول های ترمیم کننده

پروفسور اورفو بیان کرد: درمان های مبتنی بر سلول های بنیادی اسکلتی نتایج مهیج و امیدوار کننده ای را برای درمان بیماری های استخوان و داروهای بازساختی استخوان درخصوص جمعیت مسن نشان می دهد. این مطالعات توالی های منحصر به فرد DNA را  مورد هدف قرار داده و در راستای غنی سازی سلول های بنیادی اسکلت حرکت می کند. و با استفاده از مرتب سازی سلول فعال شده با فلورسانس (FACS) توانایی درمان سلولهای بنیادی استخوان را میتوان مشاهده کرد.

پروفسور اورفو افزود: مهمتر از همه ، این مطالعات نشان دهنده مزایای تحقیقات بین رشته ای برای رفع مشكلی چالش برانگیز در سطح زیست شناسی مولكولی / سلولی همراه با فن آوری های بستر شیمی شیمی نانومواد است.

پروفسور کاناراس بیانکرد : طراحی مناسب مواد برای کاربرد آنها در سیستم های پیچیده یک مسئله بسیار مهم می باشد. با استفاده از شیمی نانوذرات ، ما می توانیم توابع خاصی را در طراحی آنها برنامه ریزی کنیم.

در این پروژه تحقیقاتی ، ما نانوذرات پوشش داده شده با توالی کوتاه DNA را طراحی کردیم که قادر به درک mRNA HSPA8 و mRNA Runx2 در سلولهای بنیادی اسکلتی و همراه با استراتژیهای پیشرفته  FACS هستند ، تا مجموعه سلولهای مربوطه را از مغز استخوان انسان شناسایی و فراهم کنند.

یک چالش مهم در طراحی نانومواد ایجاد استراتژی هایی برای تنظیم تراکم الیگونوکلئوتیدها در سطح نانوذرات است که به جلوگیری از تخریب آنزیمی DNA در سلول ها کمک می کند. گزارشات فلورسنت روی الیگونوکلئوتیدها ما را قادر می سازد تا وضعیت نانوذرات را در مراحل مختلفی همچون آزمایش ، اطمینان از کیفیت سنسور درون سلول مشاهده کنیم.