"Nanokicking" stamcellen bieden een goedkopere en eenvoudigere manier om nieuw bot te laten groeien

Onderzoekers in Schotland hebben een nieuwe methode ontwikkeld die stamcellen naar nieuw bot brengt door ze 1000 keer per seconde te "nokken". Ze suggereren dat de technologie goedkoper en gemakkelijker te implementeren is dan de huidige methoden en opent de deur naar nieuwe manieren om botaandoeningen te behandelen, zoals stressfracturen, spinale trauma's en osteoporose.
Matt Dalby van het Center for Cell Engineering aan de University of Glasgow en collega's schrijven over hun werk in een studie die onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd ACS Nano.
In een verklaring die deze week is vrijgegeven, zegt Dalby dat hun nieuwe methode een eenvoudige manier biedt om op grote schaal volwassen stamcellen uit het beenmerg te converteren in cellen die bot maken zonder gebruik te maken van cocktails van chemicaliën of gebruik te maken van uitdagende en complexe technieken. .

Mesenchymale stamcellen

Mesenchymale stamcellen (MSC's) zijn adulte stamcellen die van nature in het lichaam voorkomen en het potentieel hebben om cellen te vormen die bepaalde weefseltypen vormen, zoals bot, kraakbeen, ligament, pees en spier.
Wetenschappers hebben ontdekt dat het mogelijk is om deze weefseltypen in het laboratorium te laten groeien door MSC's te isoleren en te kweken in een omgeving die datgene simuleert dat van nature in het menselijk lichaam voorkomt.

Maar de huidige methoden om de stamcellen te laten differentiëren zijn notoir problematisch en vereisen dure en hoog ontwikkelde materialen of complexe chemische cocktails.

Nanokicking

Dalby en collega's hebben een nieuwe techniek ontwikkeld voor het aanzetten tot MSC's die "nanoschaalsinusoïdale mechanotransductieve protocollen" gebruiken, een term die ze hebben verkort tot "nanokicking".
Nanokicking repliceert een vibratie die optreedt in de membranen van botcellen wanneer ze samen blijven plakken om op natuurlijke wijze nieuw bot te vormen.
Er wordt gedacht dat de vibratie, die een frequentie heeft van 1.000 keer per seconde, botvorming bevordert door signalen tussen botcellen aan te moedigen.
In het laboratorium bevinden de stamcellen zich ongeveer 5-30 nanometer van elkaar wanneer ze hun "nanokicking" krijgen met 1000 keer per seconde.

Een onwaarschijnlijke match: celbiologen en astrofysici

Om de nanokick nauwkeurig en op de juiste frequentie te leveren, gebruiken de onderzoekers een ongelooflijk precieze techniek, laserinterferometrie genaamd, die in het astrofysische laboratorium vaker wordt waargenomen om kleine rimpelingen te detecteren die door zwaartekrachtgolven in ruimte-tijd zijn gemaakt.
In een opmerkelijk voorbeeld van samenwerking tussen zeer verschillende disciplines, werkten Dalby en collega-celingenieur Adam Curtis, ook van de Universiteit van Glasgow, samen met astrofysicus Stuart Reid van het Thin Film Center van de University of the West of Scotland om de laserinterferometer aan te passen voor de studie .
Reid legt uit:
"Door stamcellenonderzoek te koppelen aan expertise uit het gebied van zwaartekrachtgolfastronomie, waar we instrumentatie hebben ontwikkeld die lengteveranderingen kan meten die bijna miljoen keer kleiner zijn dan de diameter van een proton, heeft dit unieke onderzoeksveld zich kunnen ontwikkelen."
Dalby voegt toe:
"Multidisciplinair onderzoek is lastig omdat onderzoekers nieuwe wetenschappelijke talen moeten leren, maar deze samenwerking tussen celbiologen en astrofysici - een onwaarschijnlijk paar - heeft nieuw inzicht opgeleverd over hoe botstamcellen werken."

Volgende stappen: samenwerking met revalidatie-ingenieurs en werken met patiënten

De onderzoekers hopen dat hun nieuwe techniek een fundamentele verandering zal aankondigen in de manier waarop we nieuw bot ontwikkelen.
Ze zijn nu van plan om met rehabilitatie-ingenieurs te werken in de Queen Elizabeth National Spinal Injuries Unit (Southern General Hospital, Glasgow) om patiënten met ruggenmergletsel te helpen.
De vibratietherapietechnieken die Dalby en collega's in het lab hebben ontwikkeld, moeten nu worden opgeschaald en getest bij patiënten om te beoordelen hoe goed ze nieuwe botgroei in hele botten stimuleren.
In hun studieresultaten lijken ze de schaalvergroting niet als een groot probleem te zien:
"Het is gemakkelijk om te bedenken dat dergelijke stimuleringsprotocollen opgeschaald worden om grootschalige osteoblast-bioreactoren te vormen, aangezien standaard celkweekplaten en incubatoren worden gebruikt in het protocol."
"We kijken vooruit naar het werken met de revalidatie-ingenieurs, dit zal ons nieuwe uitdagingen bieden, maar uitdagingen die we verwelkomen", zegt Dalby.
In juni 2012 schreven Amerikaanse wetenschappers in Stamcellen Translational Medicine, beschrijf hoe zij een manier vonden om nieuw bot te laten groeien met behulp van verse, gezuiverde mesenchymale stamcellen uit vetweefsel.
Geschreven door Catharine Paddock PhD