Une étude récente, affilié à l'UNIST a développé une nouvelle méthode de réparation des os lésés à l'aide de cellules souches de moelle osseuse humaine et d'un matériau carboné aux propriétés photocatalytiques, ce qui pourrait conduire à des traitements puissants pour les lésions du système squelettique, telles que les fractures ou les maladies parodontales.

Cette recherche a été menée conjointement par le professeur Youngkyo Seo des sciences de la vie et le Dr Jitendra N. Tiwari de la chimie en collaboration avec le professeur Kwang S. Kim des sciences naturelles, Professeur Pann-Ghill Suh des sciences de la vie, et sept autres chercheurs de l'UNIST.

Dans l'étude, l'équipe de recherche a rapporté que les feuilles de nitrure de carbone absorbant la lumière rouge (C₃N₄) conduisent à une prolifération et à une différenciation ostéogénique remarquables par l'activation du facteur de transcription 2 (Runx2) lié à l'avorton, un facteur de transcription clé associé à la différenciation des ostéoblastes.

Les résultats de l'étude ont été publiés dans le numéro de janvier de ACS Nano journal. L'équipe de recherche s'attend à ce que cette percée de la recherche puisse conduire à une amélioration de la régénération osseuse.

L'utilisation de cellules souches mésenchymateuses dérivées de la moelle osseuse humaine (hBMSC) a été essayée avec succès dans le traitement des fractures en raison de leur potentiel de régénération osseuse chez les patients qui ont perdu de grandes surfaces osseuses à la suite d'une maladie ou d'un traumatisme. Récemment, de nombreuses tentatives ont été faites pour améliorer la fonction des cellules souches à l'aide de nanotubes de carbone, graphènes, et les nano-oxydes.

Dans l'étude, Le professeur Kim et le professeur Suh ont examiné les feuilles C₃N₄. Ils ont découvert que ce matériau absorbe la lumière rouge puis émet de la fluorescence, qui peut être utilisé pour accélérer la régénération osseuse. L'équipe du professeur Kim a synthétisé des dérivés carbonés et azotés à partir de composés de mélamine. Puis, ils ont analysé les caractéristiques d'absorption de lumière des feuilles de C₃N₄ dans une gamme de longueurs d'onde de 455-635 nanomètres (nm). Par conséquent, les feuilles C₃N₄ se sont avérées émettre une fluorescence à la longueur d'onde de 635 nm lorsqu'elles sont exposées à la lumière rouge à l'état liquide. En ce moment, les électrons libérés induisaient l'accumulation de calcium dans le cytoplasme.

Le professeur Suh a réalisé une application biomédicale de ce matériau. D'abord, les cellules souches et les cellules cancéreuses ont été cultivées dans un milieu contenant 200 µg/ml de feuillets C₃N₄. Après deux jours de tests, le matériel n'a montré aucune cytotoxicité, le rendant utile en tant que biomatériaux.

Il a également été confirmé que les feuilles de C₃N₄ agissent sur les cellules souches pour se différencier en ostéoblastes afin de favoriser la formation de minéraux. Dans ce processus, les gènes marqueurs de différenciation ostéogénique (ALP, BSP, et OCN) ont proliféré. De plus, le Rux2 (Runt-related transcription factor 2), un facteur clé dans la différenciation des ostéoblastes a également été activé. Cela a entraîné une différenciation accrue des ostéoblastes et une formation osseuse accélérée.

"Cette recherche a ouvert la possibilité de développer un nouveau médicament qui traite efficacement les lésions squelettiques, comme les fractures et l'ostéoporose, " a déclaré le professeur Young-Kyo Seo. " Ce sera un outil très utile pour fabriquer des articulations et des dents artificielles avec l'utilisation de l'impression 3D. "

Il ajoute, "C'est une étape importante dans l'analyse des fonctions biomécaniques nécessaires au développement des biomatériaux, y compris les adjuvants pour les tissus durs tels que les os et les dents endommagés."

L'équipe de recherche s'attend à ce que leurs résultats confirment le potentiel des feuilles de C₃N₄ dans le développement de la formation osseuse et dans l'orientation des hBMSC vers la régénération osseuse.

Cette recherche a été réalisée avec le soutien du National Honor Scientist Program et du projet de développement technologique de la source vieillissante, qui est promu par le ministère coréen des sciences, TIC et planification future.