Een recente studie, aangesloten bij UNIST heeft een nieuwe methode ontwikkeld om beschadigd bot te herstellen met behulp van stamcellen uit menselijk beenmerg en een koolstofmateriaal met fotokatalytische eigenschappen, wat kan leiden tot krachtige behandelingen voor verwondingen aan het skelet, zoals fracturen of parodontitis.

Dit onderzoek is gezamenlijk uitgevoerd door professor Youngkyo Seo van Life Sciences en Dr. Jitendra N. Tiwari van Chemistry in samenwerking met professor Kwang S. Kim van Natural Science, Professor Pann-Ghill Suh van Life Sciences, en zeven andere onderzoekers van UNIST.

In de studie, het onderzoeksteam meldde dat roodlichtabsorberende koolstofnitride (C₃N₄) vellen leiden tot opmerkelijke proliferatie en osteogene differentiatie door runt-gerelateerde transcriptiefactor 2 (Runx2) activering, een belangrijke transcriptiefactor geassocieerd met osteoblastdifferentiatie.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het januarinummer van ACS Nano logboek. Het onderzoeksteam verwacht dat deze doorbraak in het onderzoek kan leiden tot een verbetering van de botregeneratie.

Het gebruik van van menselijke beenmerg afgeleide mesenchymale stamcellen (hBMSC's) is met succes uitgeprobeerd bij de behandeling van fracturen vanwege hun potentieel om bot te regenereren bij patiënten die grote delen van het bot hebben verloren door ziekte of trauma. Onlangs, er zijn veel pogingen gedaan om de functie van stamcellen te verbeteren met behulp van koolstofnanobuisjes, grafenen, en nano-oxiden.

In de studie, Professor Kim en professor Suh bestudeerden de C₃N₄-bladen. Ze ontdekten dat dit materiaal rood licht absorbeert en vervolgens fluorescentie uitstraalt, die kan worden gebruikt om botregeneratie te versnellen. Het team van professor Kim synthetiseerde koolstof-stikstofderivaten van melamineverbindingen. Vervolgens, ze analyseerden de lichtabsorberende eigenschappen van C₃N₄-platen bij een golflengtebereik van 455-635 nanometer (nm). Als resultaat, de C₃N₄-sheets bleken fluorescentie uit te zenden bij de golflengte van 635 nm bij blootstelling aan rood licht in vloeibare toestand. Momenteel, de vrijgekomen elektronen zorgden ervoor dat calcium zich ophoopte in het cytoplasma.

Professor Suh voerde een biomedische toepassing van dit materiaal uit. Eerst, stamcellen en kankercellen werden gekweekt in een medium dat 200 g/ml C₃N₄-vellen bevatte. Na twee dagen testen, het materiaal vertoonde geen cytotoxiciteit, waardoor het bruikbaar is als biomateriaal.

Er werd ook bevestigd dat C₃N₄-sheets inwerken op stamcellen om te differentiëren tot osteoblasten om de vorming van mineralen te bevorderen. In dit proces, de osteogene differentiatiemarkergenen (ALP, BSP, en OCN) verspreidden zich. Bovendien, de Rux2 (Runt-gerelateerde transcriptiefactor 2), een sleutelfactor in osteoblastdifferentiatie werd ook geactiveerd. Dit resulteerde in een verhoogde osteoblastdifferentiatie en versnelde botvorming.

"Dit onderzoek heeft de mogelijkheid geopend om een ​​nieuw medicijn te ontwikkelen dat skeletletsels effectief behandelt, zoals fracturen en osteoporose, " zei professor Young-Kyo Seo. "Het zal een zeer nuttig hulpmiddel zijn voor het maken van kunstmatige gewrichten en tanden met behulp van 3D-printen."

Hij voegt toe, "Dit is een belangrijke mijlpaal in de analyse van biomechanische functies die nodig zijn voor de ontwikkeling van biomaterialen, inclusief adjuvantia voor harde weefsels zoals beschadigde botten en tanden."

Het onderzoeksteam verwacht dat hun bevindingen het potentieel van C₃N-sheets bij het ontwikkelen van botvorming en het sturen van hBMSC's naar botregeneratie bevestigen.

Dit onderzoek werd uitgevoerd met de steun van het National Honor Scientist Program en het technologieontwikkelingsproject van de verouderingsbron, die wordt gepromoot door het Koreaanse Ministerie van Wetenschap, ICT en toekomstplanning.