Les cellules souches humaines ont montré un potentiel en médecine car elles peuvent se transformer en divers types de cellules spécialisées telles que les cellules osseuses et cartilagineuses. L'approche actuelle pour obtenir de telles cellules spécialisées consiste à soumettre les cellules souches à des molécules de protéines instructives spécialisées connues sous le nom de facteurs de croissance. Cependant, l'utilisation de facteurs de croissance dans le corps humain peut générer des effets nocifs, notamment une croissance tissulaire indésirable, comme une tumeur.

Des chercheurs de la Texas A&M University ont exploré une nouvelle classe de nanoparticules d'argile qui peuvent diriger les cellules souches pour qu'elles deviennent des cellules osseuses ou cartilagineuses.

Dr Akhilesh Gaharwar, professeur adjoint au Département de génie biomédical, et ses étudiants ont démontré qu'un type spécifique de nanoparticules bidimensionnelles (2-D), également connu sous le nom de nanosilicates, peut faire pousser du tissu osseux et cartilagineux à partir de cellules souches en l'absence de facteurs de croissance. Ces nanoparticules ont une forme similaire à celle des graines de lin, mais 10 mille fois plus petit en taille. Leur travail, « Des changements généralisés dans le profil du transcriptome des cellules souches mésenchymateuses humaines induits par les nanosilicates bidimensionnels, " a été publié dans Actes de l'Académie nationale des sciences cette semaine.

Les nanomatériaux bidimensionnels ont gagné en popularité dans une variété de domaines, comme l'énergie, optique et génie régénératif, en raison de leur taille extrêmement petite et de leur forme unique. Ces nanoparticules sont constituées de couches atomiques hautement organisées constituées de minéraux. Les minéraux sont présents en abondance dans le corps humain et contribuent à certaines fonctions vitales.

Pour comprendre comment ces nanoparticules interagissent avec les cellules souches, nous avons utilisé une technique de séquençage de nouvelle génération appelée RNA-seq, " a déclaré Irtisha Singh, un biologiste informatique de Weill Cornell Medicine à l'Université Cornell et l'auteur correspondant. "RNA-seq prend un instantané de l'activité génétique de la cellule à un moment donné. C'est similaire à prendre une photo haute résolution pendant le Super Bowl et à identifier la réaction de chaque fan pendant l'atterrissage."

RNA-seq utilise le séquençage de nouvelle génération (NGS) pour révéler la présence et la quantité d'ARN dans un échantillon biologique à un moment donné. Par exemple, les interactions cellule-nanoparticule peuvent entraîner un changement significatif du comportement cellulaire qui peut être observé en utilisant cette technique.

"Cette technique est très sensible pour étudier l'interaction d'une grande variété de nanomatériaux avec les cellules, " dit Jake Carrow, un doctorant dans le laboratoire de Gaharwar et co-premier auteur de l'étude. "Avec cette combinaison de nanotechnologie et de biologie computationnelle, nous pouvons mieux comprendre comment la chimie d'un matériau, la forme et la taille peuvent contribuer aux fonctions cellulaires."

De cette étude, les nanosilicates ont démontré des capacités très intéressantes lorsqu'ils sont appliqués aux cellules souches humaines adultes. Ces cellules présentaient une signalisation typiquement observée lors de la régénération de l'os et du cartilage. Cela indique un grand potentiel pour ces nanoparticules en tant que thérapie possible contre l'arthrose parmi d'autres blessures orthopédiques. On pense que cette réponse cellulaire provient de la composition physique et chimique unique des nanoparticules. Cette prémisse de particules à base de minéraux affectant le comportement cellulaire a ouvert les portes au développement de nouvelles classes de thérapies.

« La possibilité de personnaliser une thérapie pour un tissu spécifique, simplement en changeant la teneur en minéraux au sein de la nanoparticule, présente un grand potentiel dans le domaine de l'ingénierie régénérative, " a déclaré Lauren Cross, également co-premier auteur de la publication. "Nous pensons que ce nouveau domaine de la 'minéralomique' peut fournir une alternative viable par rapport aux traitements actuels existants aujourd'hui."