Wykorzystując fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości skierowane na ludzkie komórki macierzyste, naukowcy byli w stanie przekształcić je w komórki tkanki kostnej znacznie szybciej niż to było dotychczas możliwe. Nowa metoda ma ogromny potencjał i może pomóc pacjentom w regeneracji kości.
Komórki macierzyste mają niebywałą zdolność przekształcania się w każdy inny rodzaj komórki. Niektóre organizmy wykorzystują tę moc do regeneracji różnych części ciała, dlatego też komórki macierzyste są przedmiotem wielu badań. Naukowcy chcą poznać ich tajemnice, by wykorzystać ich zdolności regeneracyjne u ludzi. Jednak wymaga to umiejętności manipulowania komórkami macierzystymi. Duże osiągnięcia na tym polu poczynili australijscy naukowcy z Uniwersytetu RMIT.
Nowe badania, których opis ukazał się na łamach pisma „Small” (DOI: 10.1002/smll.202106823), przedstawiają innowacyjne podejście do regeneracji uszkodzonych kości. Za pomocą fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości uczeni zdołali przekształcić komórki macierzyste w komórki tkanki kostnej. Nowa terapia polegała na 10 minutowej stymulacji falami dźwiękowymi komórek macierzystych. Terapia wymagały jedynie pięciu zabiegów, by skłonić komórki macierzyste do różnicowania się w osteoblasty - komórki kościotwórcze.
Inżynieria tkankowa to rozwijająca się dziedzina, której celem jest odbudowa, regeneracja czy modyfikacja tkanek biologicznych, a nawet całych narządów, poprzez wykorzystanie naturalnej zdolności organizmu do samoleczenia. Naukowcy z RMIT skoncentrowali się na regeneracji tkanki kostnej u pacjentów, którzy utracili ją z powodu nowotworu lub chorób zwyrodnieniowych. Kluczowym wyzwaniem w odbudowie kości jest efektywne przekształcenie dużych ilości komórek macierzystych w komórki kostne, które będą się dalej rozwijać po wszczepieniu w obszar docelowy.
Dotychczas w eksperymentalnych procesach przekształcania dorosłych komórek macierzystych w komórki kostne wykorzystywano skomplikowany i drogi sprzęt. Do tego były nieustanne problemy z masową produkcją takich komórek, przez co powszechne zastosowanie kliniczne stało się mało realne. W kilku badaniach klinicznych, w których próbowano odbudować kość, w dużej mierze wykorzystano komórki macierzyste pobrane ze szpiku kostnego pacjenta, a jest to bardzo bolesna procedura.
W nowym badaniu zespół badawczy RMIT wykazał, że komórki macierzyste poddane działaniu fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości szybko i skutecznie zamieniają się w komórki kostne. Według autorów badań, nowa metoda jest szybsza i łatwiejsza niż dotychczas stosowane techniki.
Co ważne, leczenie było skuteczne w przypadku wielu typów komórek, w tym komórek macierzystych pochodzących z tłuszczu, których ekstrahowanie od pacjenta jest znacznie mniej bolesne niż w przypadki komórek macierzystych pobieranych ze szpiku kostnego.
- Fale dźwiękowe skróciły czas wymagany do tego, aby komórki macierzyste zaczęły przekształcać się w komórki kostne o kilka dni – powiedziała dr Amy Gelmi z RMIT. - Ta metoda nie wymaga również żadnych specjalnych leków „indukujących kości” i jest bardzo łatwa do zastosowania na komórkach macierzystych. Nasze badanie wykazało, że to nowe podejście ma duży potencjał do zastosowania w leczeniu – dodała.
Fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości wykorzystywane w nowej metodzie zostały wygenerowane za pomocą taniego urządzenia z mikroczipem opracowanym na RMIT.
Prof. Leslie Yeo i jego zespół spędzili ponad dekadę na badaniu interakcji fal dźwiękowych o częstotliwościach powyżej 10 MHz z różnymi materiałami. Opracowane przez nich urządzenie generujące fale dźwiękowe można wykorzystać do precyzyjnego manipulowania komórkami, płynami lub materiałami.
- Możemy wykorzystać fale dźwiękowe, aby zastosować odpowiednią ilość nacisku we właściwych miejscach na komórki macierzyste, aby uruchomić proces zmian – powiedział Yeo. - Nasze urządzenie jest tanie i proste w użyciu, więc można je łatwo rozbudować do jednoczesnego leczenia dużej liczby komórek, co ma kluczowe znaczenie dla skutecznej inżynierii tkankowej – dodał.
Naukowcy w ostatnich latach dokonują wielu przełomów, jeśli chodzi o różnicowanie komórek macierzystych w różne inne typy komórek, w celu zwalczania różnych problemów zdrowotnych. Wraz ze wzrostem naszego zrozumienia tych biologicznych elementów budulcowych, zyskujemy lepszy wgląd w to, jak działają nasze ciała.
Naukowcy z RMIT skupiają się obecnie nad zbadaniem metod zwiększenia skali platformy. Ich celem jest opracowanie praktycznych bioreaktorów do napędzania wydajnego różnicowania komórek macierzystych.
Źródło i fot.: RMIT University. Na zdjęciu powiększony obraz przedstawiający dorosłe komórki macierzyste w procesie przekształcania się w komórki kostne po obróbce falami dźwiękowymi o wysokiej częstotliwości. Kolor zielony wskazuje na obecność kolagenu, który komórki wytwarzają, gdy stają się komórkami kostnymi. Powiększenie: 60X
