Наночастицы и стволовые клетки объединили для ускоренного восстановления костей

Пористые био-гибриды из наночастиц и стволовых клеток усиливают регенерацию кости более чем на 36% в течение шести недель. Автор: Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)

Южнокорейская исследовательская группа успешно разработала новую технологию, объединяющую наночастицы со стволовыми клетками для значительного улучшения регенерации трёхмерной костной ткани. Этот прорыв знаменует собой шаг вперёд в лечении переломов и травм костей, а также в медицине следующего поколения.

Исследование опубликовано в журнале ACS Biomaterials Science & Engineering.

Доктор Ки Ён Ким и её команда из Корейского исследовательского института химических технологий (KRICT) в сотрудничестве с профессором Лорой Ха из Университета Сонмун создали гибрид наночастиц и стволовых клеток, названный нанобиогибридом, путём интеграции мезопористых наночастиц диоксида кремния (mSiO₂ NPs) с человеческими мезенхимальными стволовыми клетками, полученными из жировой ткани (hADMSCs). Полученные гибридные клетки продемонстрировали значительно усиленную остеогенную (костеобразующую) способность.

Как нанобиогибриды преодолевают прежние ограничения

Трёхмерные агрегаты стволовых клеток, такие как сфероиды и органоиды, давно используются для моделирования структур органов и тканей. Однако они страдали от гибели клеток в центре и неравномерной дифференцировки из-за плохой диффузии кислорода и питательных веществ, что ограничивало их практическое применение в регенерации костей и оценке лекарств.

Чтобы преодолеть эти проблемы, исследовательская группа равномерно присоединила наночастицы к поверхностям стволовых клеток, позволив им переплетаться и формировать стабильные сферические кластеры. Наночастицы функционируют как в качестве структурных каркасов, так и в качестве остеогенных стимуляторов, медленно высвобождая биомолекулы, способствующие образованию кости, которые направляют стволовые клетки к равномерной дифференцировке в костную ткань.

Результаты экспериментов показали, что нанобиогибридные сфероиды демонстрируют более высокую жизнеспособность клеток и равномерную остеогенную дифференцировку по сравнению с обычными сфероидами.

(Снизу слева, против часовой стрелки) Профессор Лора Ха (Университет Сонмун, первый автор); Доктор Ки Ён Ким (KRICT, автор-корреспондент); Вон Хун Чжун (соавтор); и Кён Джин Чхве (соавтор). Автор: Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)

Исследователи имплантируют гибриды наночастиц и стволовых клеток в область дефекта кости черепа мыши для оценки регенерации кости. Автор: Korea Research Institute of Chemical Technology (KRICT)

Многообещающие результаты и будущее применение

В модели дефекта кости черепа мыши имплантированные нанобиогибридные сфероиды восстановили 36% площади дефекта кости в течение шести недель, достигнув примерно в 1,3 раза большей регенерации кости по сравнению со сфероидами, созданными только из стволовых клеток.

Хотя исследование в настоящее время находится на доклинической стадии испытаний на животных, исследователи ожидают, что эта платформа может быть в дальнейшем разработана в костные трансплантаты, специфичные для пациента, после валидации на моделях крупных животных и в клинических исследованиях.

Доктор Ки Ён Ким прокомментировала: «Этот подход может быть расширен за пределы костной ткани для регенерации различных тканей, таких как хрящ и кожа».

Президент KRICT доктор Ён-Гук Ли добавил: «Мы надеемся, что наша регенеративная технология на основе стволовых клеток поможет улучшить лечение пациентов с переломами костей в стареющем обществе».

Больше информации: Лора Ха и др., Nanoparticle-Woven Stem Cells as Innovative Building Blocks for Enhanced 3D Bone Development and Tissue Regeneration, ACS Biomaterials Science & Engineering (2025). DOI: 10.1021/acsbiomaterials.5c01131

Источник: National Research Council of Science and Technology