Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рисунок 1. Регенерация костной ткани.
Рисунок 2. Остеогенные клетки. В вернем ряду приведены изображения подложек, полученных EBL. Второй и третий ряды: визуализация белков внеклеточного матрикса костной ткани (остеопонтина и остеокальцина, соответственно) методом иммунофлуоресценции (окрашено зеленым). Красным окрашен актин – белок, присутствующий во всех клетках и позволяющий оценить их форму и количество. а, f – контроль (клетки, выращенные на ровной подложке из PMMA). b, g –подложка HEX, обратите внимание на существенно меньшее количество клеток. c, h – подложка SQ. d, i – DSQ50; на такой подложке получен наилучший результат: видно присутствие остеопонтина, остеокальцина и формирование островка окостенения. e, j – RAND.
Рисунок 3. MSC. В вернем ряду: изображения подложек. Второй и третий ряды: визуализация белков методом иммунофлуоресценции. Зеленым окрашены остеопонтин и остеокальцин, соответственно, красным – актин. a, f – контроль; обратите внимание, что клетки имеют морфологию фибробластов: они вытянуты преимущественно в одном направлении. b, g – на подложке SQ наблюдается аналогичная картина. c, h – на подложке с несколько разупорядоченными лунками, DSQ20, клетки имеют звездчатую форму, характерную для остеобластов. d, i – наилучший результат достигнут на подложке DSQ50. Видна характерная звездчатая форма клеток, присутствие остеопонтина и остеокальцина, появление островков окостенения. e, j – на подложке с беспорядочно расположенными лунками не видно ничего хорошего. k, l – микрофотографии в светлом поле/фазовый контраст. Препараты окрашены ализарином. Видно, что в контроле клетки имеют морфологию фибробластов, тогда как клетки, выращенные на подложке DSQ50, сформировали зрелый островок окостенения с участками минерализации (отмечено стрелкой).

Нанотехнологии в тканевой инженерии

Ключевые слова:  костная ткань, периодика, регенерация, стволовые клетки, тканевая инженерия

Опубликовал(а):  Трусов Л. А.

16 октября 2007

Создание костной ткани из собственных клеток пациента является важной задачей тканевой инженерии и представляет практический интерес для медицины и ветеринарии.

Основная идея генерации новой кости проста. Из биосовместимого материала делают заготовку, имеющую форму будущей кости. В систему вносят клетки-предшественники костной ткани, которые со временем должны заселить весь объем заготовки. Чтобы клетки росли и развивались, добавляют сигнальные молекулы, факторы дифференцировки и роста клеток кости. Если все условия подобраны правильно, со временем на месте заготовки образуется кость, по прочности и другим характеристикам очень похожая на настоящую (рисунок 1).

В качестве клеток-предшественников костной ткани используют мезенхимальные стволовые клетки (mesenchymal stem cells, MSC), которые находятся, например, в костном мозге каждого человека. Эти клетки в соответствующих условиях могут дифференцироваться в клетки разных типов: жировые, костные, хрящевые, мышцы, клетки соединительной ткани. Для правильного формирования кости необходимо, чтобы MSC дифференцировались в остеогенные клетки, которые в дальнейшем разовьются в зрелые клетки костной ткани – остеобласты и остеоциты.

Однако даже у такого замечательного подхода имеется ряд нерешенных проблем. Например, факторы, стимулирующие образование кости, для каждого пациента должны подбираться индивидуально, с учетом возраста, пола и т.п. Другая трудность заключается в том, что зачастую MSC формируют вокруг заготовки мягкие ткани, прежде чем успеют дифференцироваться в клетки кости и прорасти внутрь.

Группа ученых из Великобритании задумалась над тем, как заставить MSC дифференцироваться в клетки костной ткани без применения химических воздействий. Известно, что дифференцировка MSC in vitro зависит от особенностей подложки, на которой они растут, однако у разных исследователей получались противоречивые результаты. В целом считается, что более шероховатая подложка способствует лучшей дифференцировке клеток костной ткани, однако в некоторых случаях бывает и наоборот.

Британские ученые предположили, что все дело в наноразмерных особенностях шероховатой поверхности. Чтобы проверить свою догадку, они изготовили при помощи метода электронно-лучевой литографии (electron beam lithography, EBL) различные подложки из полиметилметакрилата (PMMA), на которых определенным образом располагались лунки 120 нм в диаметре и 100 нм глубиной. Расстояние между лунками составляло в среднем 300 нм. Помимо подложек с регулярным расположением лунок (в вершинах шестиугольника, HEX, или квадрата, SQ), были также исследованы поверхности с разной степенью разупорядоченности: лунки располагались в пределах 20 нм от вершин правильных квадратов (DSQ20), в пределах 50 нм (DSQ50) или же были нанесены случайным образом (RAND).

В первой серии экспериментов было изучено поведение человеческих остеогенных клеток на таких подложках in vitro. Чтобы оценить эффективность образования внеклеточного матрикса кости, препараты на 21-й день были обработаны антителами к остеопонтину и остеокальцину. Эти белки являются тканеспецифичными внеклеточными компонентами кости. Результат такого эксперимента представлен на рисунке 2. Как оказалось, на подложке с несколько разупорядоченным расположением лунок клетки достигают достаточной плотности и лучше всего синтезируют остеопонтин и остеокальцин. Более того, в этих препаратах было отмечено появление островков окостенения (bone nodule), что является важным этапом в процессе нормального формирования кости.

Однако гораздо интереснее знать, как поведут себя мезенхимальные стволовые клетки и будут ли они дифференцироваться в остеогенные клетки. Поэтому в следующей серии экспериментов исследователи изучили влияние наноструктурированных подложек на развитие MSC. Как и прежде, препараты окрашивали антителами к специфичным белкам внеклеточного матрикса кости (остеопонтину и остеокальцину); кроме того, их окрасили ализарином, чтобы проследить за минерализацией матрикса. Результаты представлены на рисунке 3. Снова оказалось, что наилучшее развитие костной ткани наблюдается на подложке с углублениями, расположенными в пределах 50 нм от вершин правильных квадратов.

Ученые не остановились на достигнутом. Для дальнейших исследований была выбрана подложка, показавшая наилучшие результаты в предыдущих опытах - DSQ50. Чтобы оценить, насколько полученные популяции клеток похожи на настоящую костную ткань, был изучен профиль экспрессии генов этих клеток. В качестве положительного контроля использовали клетки, выращенные на ровной подложке, однако обработанные индуктором формирования костной ткани – кортикостероидом дексаметазоном (DEX). Принято считать, что при обработке DEX клетки формируют костную ткань. В качестве отрицательного контроля взяли клетки, выращенные на ровной подложке без какой-либо дополнительной обработки. Оказалось, что профиль экспрессии генов довольно близок к положительному контролю, хотя в некоторых деталях и отличается от него. Однако по крайней мере часть отличий вызвана влиянием DEX на стероидные рецепторы и не связана с развитием костной ткани.

На основании проделанных экспериментов ученые заключают, что нашли способ выращивать клетки костной ткани без применения химических воздействий. Несомненно, это важный шаг в области тканевой инженерии кости.

Работа "The control of human mesenchymal cell differentiation using nanoscale symmetry and disorder" опубликована в "Nature Materials". doi:10.1038/nmat2013


Источник: Nature Materials



Комментарии
Shelkovin Aleksandr Pavlovich, 11 марта 2009 15:19 
Замечательная разработка!!! Ксатти, как фактор роста можно ещё испоьзовать BMP-2

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Наночастицы в силикатной матрице
Наночастицы в силикатной матрице

VIII Всероссийская конференция по наноматериалам.
21-24 ноября 2023 г. состоится VIII Всероссийская конференция по наноматериалам в Москве (ИМЕТ РАН). Направления работы: фундаментальные основы синтеза нанопорошков; Наноструктурные пленки и покрытия; объемные наноматериалы; инновационные применения нанотехнологий (энергетика, машиностроение, медицина и др.) и развитие методов аттестации наноматериалов. Регистрация и подача тезисов докладов проводится до 15 сентября 2023 г. только через регистрационную форму сайта.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Всегда ли смачивание уменьшает трение? Стабилизируя поры. Уроки Природы. Пингвины подсказали ученым идею создания прочного противообледенительного покрытия. Если снежинка не растает, или о температуре мыльных пузырей. XII Международная конференция “Фазовые превращения и прочность кристаллов”
памяти академика Г.В. Курдюмова (ФППК-2022)

SCAMT Workshop Week (3-в-1) - практикум по нанотехнологиям в области хим/био/IT. Санкт-Петебург, 12-19 марта
SCAMT открывает прием заявок на 10-ую юбилейную научную школу SCAMT Workshop Week, которая пройдет с 12 по 19 марта 2023 года!
SCAMT Workshop Week — первый формат научной школы по формуле: 1 неделя - 1 проект, где на одной площадке собираются участники из разных областей естественных наук.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2022 году
коллектив авторов
24 - 27 мая пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Пятилетка Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!": что было и что может быть в будущем
Е.А.Гудилин , А.А.Семенова
Уже более 15 лет живет и развивается Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в будущее!". За всю историю Олимпиады было предложено много инновационных решений, охват олимпиадой составил более 50 000 участников по всей Российской Федерации и странам ближнего зарубежья. В статье приводятся статистические данные по Олимпиаде и возможные пути ее дальнейшего развития.

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.