In de regeneratieve geneeskunde, een ideale behandeling voor patiënten van wie de spieren beschadigd zijn door zuurstofgebrek zou zijn om ze te versterken met een injectie van hun eigen stamcellen.

In een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano , onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben aangetoond dat "nanostimulatoren" - nanodeeltjes bezaaid met een molecuul dat het lichaam van nature produceert om stamcellen ertoe aan te zetten wonden te helen - het regeneratieve vermogen van stamcellen in een gericht ledemaat bij muizen kunnen versterken.

"We wilden de natuurlijke functies van de stamcellen en de stimulerende factoren gebruiken om spierischemie lokaal aan te pakken, " zei studieleider Hyunjoon Kong, een Robert W. Schafer hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering in Illinois.

spier ischemie, of spierbeschadiging door beperkte zuurstof- of bloedtoevoer, kan meerdere oorzaken hebben, zoals letsel aan een ledemaat of perifere slagaderziekte. Van stamcellen die zijn afgeleid van het eigen vetweefsel van een patiënt is bekend dat ze factoren produceren die ervoor zorgen dat nieuwe bloedvaten in de beschadigde spier groeien, herstel van zuurstof en voedingsstoffen, en om ontstekingen in de beschadigde weefsels te moduleren. Echter, in vivo experimenten hebben beperkte voordelen aangetoond, omdat de activiteit van de stamcellen lijkt af te nemen na injectie in de spier.

Een molecuul dat van nature in het lichaam wordt geproduceerd, tumornecrosefactor-alfa genoemd, kan de stamcellen ertoe aanzetten meer van de gewenste factoren af ​​te scheiden. Andere studies hebben geprobeerd de cellen vóór injectie met TNF-alfa te incuberen, maar de effecten vervagen snel, zei Kong.

Het Illinois-team besloot om te proberen de TNF-alfa rechtstreeks aan de stamcellen te binden, het creëren van nanostimulatoren - nanodeeltjes doorspekt met TNF-alfa. De nanodeeltjes binden aan een receptor op het oppervlak van de stamcellen, het verstrekken van gelokaliseerde, gerichte en uitgebreide levering van TNF-alfa.

"Het belangrijkste voordeel van stamcellen voor weefselregeneratie is niet noodzakelijk het vermogen van de cellen om verloren weefsel te vervangen, maar om gunstige groeifactoren en cytokinen vrij te maken die helpen bij het proces, " zei studie co-auteur Marni Boppart, een professor in kinesiologie en gemeenschapsgezondheid. "De nanostimulatoren stellen cellen in staat om de gunstige factoren langer vrij te maken dan ze anders zouden doen. Dit biedt een aanzienlijk voordeel, vooral wanneer cellen worden getransplanteerd in gewonde, zieke of verouderde weefsels."

De onderzoekers testten hun aanpak op muizen met chirurgisch geïnduceerde ischemie in een van hun achterpoten. Ze isoleerden de stamcellen uit vetweefsel, mengde ze met de nanostimulatoren en injecteerde ze lokaal in de aangetaste poten van de muizen.

De onderzoekers zagen een verhoogde bloedstroom en zuurstofgehalte in de ischemische benen. Ze waren ook getuige van verbeteringen in mobiliteit - de behandelde muizen konden langere afstanden lopen en hun benen waren sterker.

"We stellen voor dat deze methode beter is dan methoden die chemische preconditionering vereisen, die de levensvatbaarheid van de stamcellen kunnen beïnvloeden, 24 uur of langer kweken en een tijdelijk effect hebben, "Zei Kong. "Ons idee is om vetweefsel te verzamelen in de operatiekamer, de stamcellen scheiden, meng de nanostimulatoren en injecteer ze opnieuw bij de patiënt - alles in één procedure."

De onderzoekers waarschuwen dat verder werk nodig is om de omstandigheden voor het oogsten en voorbereiden van stamcellen te optimaliseren, en om de effecten op langere termijn te bestuderen.

"Perifere vaatziekte kan slopende pijn en langdurige invaliditeit veroorzaken. Helaas, er zijn geen consistent effectieve behandelingen voor deze aandoening, " Boppart zei. "Deze studie is belangrijk omdat het het vermogen aantoont van gemodificeerde stamcellen om PAD effectief te behandelen in een preklinisch model, wat een stap dichter bij het verlichten van pijn bij mensen vertegenwoordigt."