Tissue Regeneration Materials Unit bei MANA, NIMS, hat erfolgreich Goldnanopartikel entwickelt, die funktionelle Oberflächen haben und auf die osteogene Differenzierung von Stammzellen wirken.
Tissue Regeneration Materials Unit (Guoping Chen, Unit Director) am International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA) (Masakazu Aono, Generaldirektor, MANA), National Institute for Materials Science (NIMS (Sukekatsu Ushioda, President)) erfolgreich Goldnanopartikel entwickelt, die funktionelle Oberflächen haben und auf die osteogene Differenzierung von Stammzellen wirken. Dieses Forschungsergebnis wurde am 6. April 2015 in der Online-Version der Zeitschrift Biomaterials veröffentlicht (Jasmine Jia'En Li, Naoki Kawazoe und Guoping Chen, Titel: "Gold nanoparticles with different charge and moiety induce differentielle cell response on mesenchymal stem cell osteogenesis", 2015 6. Juni, 54: 226-36, doi:10.1016/j.biomaterials.2015.03.001)
In der regenerativen Medizin ist die Technologie zur Steuerung von Stammzellfunktionen wie Differenzierung und Vermehrung unverzichtbar. Es wurde berichtet, dass Goldpartikel in Nanogröße die Differenzierung menschlicher mesenchymaler Stammzellen zu Osteoblasten fördern. Auch andere Studien legten nahe, dass verschiedene funktionelle Gruppen wie Amino-, Carboxyl- und Hydroxylgruppen die Stammzelldifferenzierung fördern oder hemmen. Basierend auf diesen Berichten gingen wir davon aus, dass Goldnanopartikel mit einer mit funktionellen Gruppen modifizierten Oberfläche ein vielversprechender Kandidat für die Kontrolle von Stammzellfunktionen sind. Spezifische Wirkungen solcher Partikel auf die Differenzierung menschlicher mesenchymaler Stammzellen waren jedoch unbekannt.
Wir haben Goldnanopartikel synthetisiert, deren Oberfläche mit einer der folgenden funktionellen Gruppen modifiziert ist: eine positiv geladene Aminogruppe (-NH2), eine negativ geladene Carboxylgruppe (-COOH) oder eine neutrale Hydroxylgruppe (-OH) und identifizierten, wie sie die osteogene Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen beeinflussen, die aus menschlichem Knochenmark gewonnen wurden. Unter diesen drei Arten von Nanopartikeln wurden diejenigen mit Carboxylgruppen von Zellen aufgenommen und zeigten im Vergleich zu den anderen Arten von Nanopartikeln eine starke hemmende Wirkung auf die Knochendifferenzierung. Darüber hinaus untersuchten wir die Wirkung von Gold-Nanopartikeln mit Carboxylgruppen auf das Genexpressionsprofil von mesenchymalen Stammzellen aus menschlichem Knochenmark. Die Ergebnisse zeigten, dass die Nanopartikel mehrere Genexpressionen im Zusammenhang mit der osteogenen Differenzierung hemmten. Daher variierte der Einfluss der Gold-Nanopartikel auf die Förderung oder Hemmung der osteogenen Differenzierung in Abhängigkeit von der Art der funktionellen Gruppen.
Im Hinblick auf die regenerative Medizin ist es unerlässlich, Technologien zu entwickeln, die eine Steuerung der Stammzellfunktionen sowie sichere und qualitativ hochwertige Stammzellen ermöglichen. In der vorliegenden Studie haben wir versucht, Stammzellfunktionen durch Materialmanipulation zu kontrollieren, und unsere Ergebnisse werden zur Schaffung neuartiger Nanomaterialien beitragen, die den Fortschritt der Stammzellmanipulation erleichtern. Wir beabsichtigen, bei unseren zukünftigen Bemühungen zur Entwicklung der regenerativen Medizin auf diesen Ergebnissen aufzubauen.
