Manipulatie op nanoschaal op het oppervlak van materialen zou cellen kunnen stimuleren om te differentiëren in specifieke weefsels, waardoor het gebruik van groei- of transcriptiefactoren wordt geëlimineerd.

Onderzoekers proberen manieren te vinden om de cellulaire respons in vitro te beheersen met behulp van gemanipuleerde materialen in een continu streven om gewonde of zieke weefsels te regenereren. Recente studies hebben aangetoond dat de nanoschaalstructuur van de materialen, waarop dergelijke cellen worden gekweekt, beïnvloeden hoe goed ze zich vermenigvuldigen en zich ontwikkelen tot de weefsels die ze moeten worden.

Wetenschappers van de Universiteit van Malaya in Maleisië, Dr. Belinda Pingguan-Murphy et al., samen met Prof. Sheikh Ali Akbar van de Ohio State University, beoordeeld het meest recente onderzoek naar hoe de topografieën op nanoschaal de cellulaire regeneratieve reacties beïnvloeden.

Bijvoorbeeld, menselijke foetale osteoblastcellen die betrokken zijn bij botvorming bleken beter te groeien op materialen met kleine uitsteeksels op hun oppervlak (11 nanometer hoog) in vergelijking met oppervlakken die ofwel vlak waren of hogere uitsteeksels hadden. Ze hechtten ook beter aan oppervlakken met putjes van nanogrootte die 14 nm of 29 nm diep waren in vergelijking met vlakke oppervlakken en oppervlakken met putjes die 45 nm diep waren.

Onderzoek heeft ook aangetoond dat de afstand tussen putjes of uitsteeksels en of ze willekeurig of sterk geordend zijn, ook van invloed zijn op hoe osteoblasten en stamcellen reageren. Aanvullend, gegroefde oppervlakken op nanoschaal zorgen ervoor dat deze cellen in de richting van de groeven groeien.

Over het algemeen, wanneer een materiaal wordt blootgesteld aan een biologische vloeistof, watermoleculen binden snel aan het oppervlak, gevolgd door de opname van chloride- en natriumionen. Eiwitten adsorberen dan aan dit oppervlak. Het resulterende mengsel van eiwitten, evenals hun driedimensionale vorm en oriëntatie met betrekking tot de oppervlaktetopografie, stuurt signalen naar de cellen die hun aanhechting en verspreiding beïnvloeden.

Verder onderzoek op dit gebied kan leiden tot de ontwikkeling van klinische prothesen met topografieën die het lot van stamcellen direct kunnen moduleren, waardoor celgroei en -ontwikkeling kunnen worden afgestemd op een specifieke toepassing zonder mogelijk schadelijke chemicaliën te gebruiken, schrijven de onderzoekers in hun recensie gepubliceerd in het tijdschrift van Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen . Echter, het ontwikkelen van goedkope, high-output fabricagetechnieken die de ontwikkeling van specifieke nanotopografieën mogelijk maken, is nog steeds een beperkende factor.