Magnetiskt riktade nanopartiklar kan hjälpa till att läka brutna ben

Anonim

Magnetiskt riktade nanopartiklar kan hjälpa till att läka brutna ben

Medicinsk

Colin Jeffrey

25 november 2014

Forskare har utvecklat belagda magnetiska nanopartiklar som kan användas för att regenerera benet (Bild: Shutterstock)

När ett ben är kraftigt brutet i människokroppen eller en benfuserad protes implanteras krävs en bentransplantation också ofta för att säkerställa en fast mekanisk reparation. Ett transplantat som tar bort ben från ett annat område av kroppen kan emellertid vara en smärtsam och invasiv procedur och den mekaniska stimulering som krävs för fortsatt benregenerering vid postoperativ terapi blir problematisk om en patient är svårt immobiliserad. För att ta itu med dessa problem har forskare upptäckt att beläggning av magnetiska nanopartiklar med proteiner och sedan riktade dem magnetiskt till skadans plats kan bidra till att stimulera stamceller att regenerera ben.

Ben som har transplantat bäst läktas med hjälp av metoder för dynamisk belastning - det vill säga rörelse och motion - för att främja det som kallas mekanotransduktion, där den fysiska bindningen och efterföljande mekanisk stimulering av ympad ben orsakar en kaskad effekt av biokemiska signaler, hormonfrisättning, stamcellsregenerering, vävnadstillväxt och en mängd andra processer som alla kombinerar för att säkerställa effektiv reparation.

Tyvärr, när komplikationer, såsom immobilisering av en patient, utesluter applicering av dynamisk belastning eller ett medicinskt tillstånd, såsom en skelettstörning, innebär att de helt enkelt saknar extrabenet som krävs för ympning, då är återhämtningen ofta en lång långsam, komplicerad process som alltför ofta delvis eller helt misslyckas.

Den belagda magnetiska nanopartikelmetoden som används av medicinska forskare från Keele och Nottingham University i Storbritannien hävdas emellertid att kunna styra material direkt till en skadad webbplats utan behov av operation. Det är sedan möjligt att fjärrmanipulera nanopartiklarna för att producera mekaniska krafter och upprätthålla benregenereringsprocessen genom leverans av stamceller och en stegvis frisättning av ett tillväxtstimulerande protein.

"Injicerbara terapier för regenerativ medicin visar stor potential som en minimalt invasiv väg för att införa terapeutiska stamceller, läkemedelsleveransfordon och biomaterial effektivt på sårplatser, säger James Henstock, Ph.D. som ledde studien. "I vår undersökning belagde vi magnetiska nanopartiklar med specifika riktade proteiner och kontrollerade dem sedan med ett externt magnetfält för att simulera träning. Vi ville lära oss hur detta kan påverka de injicerade stamcellerna och deras förmåga att återställa funktionellt ben. "

De initiala försöken av denna metod utfördes på fostrets kycklingfibrer (lårben) och vävnadsmekaniserad kollagenhydrogel (animaliskt strukturprotein suspenderat i en polymer med hög vattenhalt). I båda fallen hävdar forskarna att det var en markant ökning av benutveckling och densitet utan att orsaka någon mekanisk belastning på konstruktionen eller omgivande vävnad.

"Det här arbetet visar att det är viktigt att ge lämpliga mekaniska signaler i samband med kontrollerad frisättning av tillväxtfaktorer till dessa injicerbara cellterapier betydande inverkan på att förbättra bentillväxten, säger Dr. Henstock. "Det kan också potentiellt förbättra vävnadstekniska tillvägagångssätt för translationsmedicin."

Den unika uppkomsten av den här forskningen är inte att det bara är en ny användning för magnetiska nanopartiklar, som också har potential att rengöra oljespill, förbättra cancerdetektering och bidra till att minska volymen för digital lagring. Den här gången används nanopartiklar för både sina unika fysiska egenskaper för att underlätta mekanisk stimulering och ge potentialen för riktade biomaterialleveranser som en total medicinsk lösning i en enda förpackning.

Forskningen var en biokemi och biologisk vetenskapsforskningsråd (BBSRC) -finansierad studie ledd av James Henstock, Ph.D., i samarbete med Alicia El Haj, Ph.D., och kollegor vid Keele University's Institute for Science and Teknik i medicin och Dr. Kevin Shakesheff, från University of Nottinghams Pharmacy School.

Forskningen publicerades nyligen i tidskriften stamceller Translational Medicine .

Källa: Keele University

Forskare har utvecklat belagda magnetiska nanopartiklar som kan användas för att regenerera benet (Bild: Shutterstock)