Notícia

Cientistas usam nanotecnologia para detectar células-tronco esqueléticas

Fonte

Universidade de Southampton

Data

quarta-feira, 31 março 2021 09:45

Áreas

Biologia Celular e Molecular. Biomarcadores. Biomecânica e Reabilitação. Células-tronco. Nanotecnologia.

Pesquisadores da Universidade de Southampton, no Reino Unido, desenvolveram uma nova maneira de usar nanomateriais para identificar e enriquecer células-tronco esqueléticas – uma descoberta que pode levar a novos tratamentos para grandes fraturas ósseas e ao reparo de ossos danificados.

Trabalhando em conjunto, uma equipe de físicos, químicos e especialistas em engenharia de tecidos usaram nanopartículas de ouro especialmente projetadas para ‘procurar’ células-tronco ósseas humanas específicas – criando um brilho fluorescente para revelar sua presença entre outros tipos de células e permitir que sejam isoladas ou ‘ enriquecidas’.

Os pesquisadores concluíram que sua nova técnica é mais simples e rápida do que outros métodos e até 50 a 500 vezes mais eficaz no enriquecimento de células-tronco.

O estudo, liderado pelo Dr. Richard Oreffo, professor de Ciências Musculoesqueléticas, e pelo professor Dr. Antonios Kanaras, da Escola de Física e Astronomia, ambos da Universidade de Southampton, foi publicado na revista científica ACS Nano.

Em testes de laboratório, os pesquisadores usaram nanopartículas de ouro revestidas com oligonucleotídeos (fitas de DNA), para detectar opticamente as assinaturas específicas de RNA mensageiro (mRNA) de células-tronco esqueléticas na medula óssea. Quando a detecção ocorre, as nanopartículas liberam um corante fluorescente, tornando as células-tronco distinguíveis de outras células vizinhas, sob observação microscópica. As células-tronco podem então ser separadas usando um sofisticado processo de classificação de células por fluorescência.

As células-tronco são células que ainda não são especializadas e podem se desenvolver para desempenhar diferentes funções. A identificação de células-tronco esqueléticas permite aos cientistas cultivar essas células em condições definidas para permitir o crescimento e a formação de tecido ósseo e cartilaginoso – por exemplo, para ajudar a reparar ossos danificados.

Entre os desafios colocados pelo envelhecimento da população está a necessidade de abordagens novas e econômicas para o reparo ósseo. Com uma em cada três mulheres e um em cada cinco homens estão em risco de fraturas osteoporóticas em todo o mundo, os custos são significativos, com as fraturas ósseas custando à economia europeia € 17 bilhões e à economia dos EUA US$ 20 bilhões anualmente.

Na Universidade de Southampton, o professor Richard Oreffo e sua equipe têm pesquisado terapias baseadas em células-tronco ósseas por mais de 15 anos para entender o desenvolvimento do tecido ósseo e gerar osso e cartilagem. Ao longo do mesmo período, o professor Antonios Kanaras e seus colegas do Quantum, Light and Matter Group desenvolveram novos nanomateriais e estudaram suas aplicações nos campos das ciências biomédicas e da energia. Este último estudo reúne efetivamente essas disciplinas e é um exemplo do impacto que o trabalho colaborativo e interdisciplinar pode trazer.

“As terapias baseadas em células-tronco esqueléticas oferecem algumas das áreas mais interessantes e promissoras para o tratamento de doenças ósseas e medicina regenerativa óssea para uma população em envelhecimento. Os estudos atuais aproveitaram sequências únicas de DNA de alvos que acreditamos que enriqueceriam as células-tronco esqueléticas e, usando a classificação de células ativadas por fluorescência (FACS), pudemos enriquecer células-tronco ósseas de pacientes. A identificação de marcadores únicos é o Santo Graal na biologia das células-tronco ósseas e, por enquanto, ainda temos um caminho a percorrer; esses estudos oferecem uma mudança radical em nossa capacidade de direcionar e identificar células-tronco ósseas humanas e o potencial terapêutico resultante delas”, disse o professor Oreffo.

O pesquisador acrescentou: “É importante ressaltar que esses estudos mostram as vantagens da pesquisa interdisciplinar para abordar um problema desafiador com a biologia celular e molecular de última geração combinada com tecnologias de plataforma química de nanomateriais.”

“O design adequado de materiais é essencial para sua aplicação em sistemas complexos. Personalizando a química das nanopartículas, somos capazes de programar funções específicas em seu design. Neste projeto de pesquisa, projetamos nanopartículas revestidas com sequências curtas de DNA, que são capazes de detectar mRNA HSPA8 e mRNA Runx2 em células-tronco esqueléticas e, juntamente com estratégias avançadas de bloqueio FACS, para permitir a identificação das células relevantes da medula óssea humana “, disse o professor Kanaras.

“Um aspecto importante do projeto de nanomateriais envolve estratégias para regular a densidade dos oligonucleotídeos na superfície das nanopartículas, o que ajuda a evitar a degradação enzimática do DNA nas células. Marcadores fluorescentes nos oligonucleotídeos nos permitem observar o estado das nanopartículas em diferentes estágios do experimento, garantindo a qualidade do sensor endocelular”, concluiu o pesquisador.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Southampton (em inglês).

Fonte: Universidade de Southampton. Imagem: Células-tronco com liberação de oligonucleotídeos fluorescentes em vermelho. Fonte: Divulgação, Universidade de Southampton.

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