Wetenschappers van de afdeling Biomedische Technologie van de Texas A&M University ontwikkelen nieuwe manieren om het gebied van regeneratieve geneeskunde en kankerbehandeling vooruit te helpen. Ze ontwikkelen een 2D nanosheet van 1, 000 keer kleiner dan een haarlok.

Dr. Akhilesh Gaharwar, Collega Professor, heeft een nieuwe klasse van 2D-nanobladen ontwikkeld, molybdeendisulfide genaamd, die nabij-infrarood (NIR) licht kunnen adsorberen en het celgedrag kunnen wijzigen. Deze nanosheets zijn een opkomende klasse van materialen die door hun unieke vorm en grootte verschillende fysische en chemische eigenschappen hebben laten zien. Onlangs, sommige nanosheets zijn onderzocht voor biomedische toepassingen vanwege hun lichtgevoelige vermogen. Ondanks een sterk potentieel, Gaharwar's onderzoek betreedt nieuw terrein, aangezien weinig studies hun cellulaire compatibiliteit hebben onderzocht en geen enkele hun vermogen om cellulaire functies te moduleren met behulp van licht heeft onderzocht.

Om de mogelijkheid te onderzoeken om de celrespons via licht te regelen, De onderzoeksgroep van Gaharwar heeft een atomair dunne nanosheet gesynthetiseerd die NIR-licht kan adsorberen en omzetten in warmte. NIR-licht kan diep in het weefsel doordringen in vergelijking met andere soorten licht, inclusief ultraviolet en zichtbaar licht, en kan worden gebruikt om natuurlijke biologische herstelmechanismen in diep weefsel te stimuleren.

Vanwege het grote oppervlak van nanosheets, ze kunnen aan het buitenmembraan van cellen plakken en een cellulair signaal naar de kern verzenden, waardoor ze hun gedrag beheersen. Sommige nanosheets worden ook door de cellen opgegeten en kunnen de celfuncties van binnenuit beïnvloeden.

"Lichtgevoelige biomaterialen hebben een sterk potentieel voor de ontwikkeling van de volgende generatie niet-invasieve, nauwkeurige en controleerbare medische apparaten voor een reeks biomedische toepassingen, inclusief medicijnafgifte, kanker therapie, regeneratieve geneeskunde en 3D-printen, ' zei Gaharwar.

Zijn onderzoek was onlangs te zien in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences .

In samenwerking met Dr. Irtisha Singh, universitair docent bij de afdeling Moleculaire en Cellulaire Geneeskunde van het Texas A&M Health Science Center, Het team van Gaharwar gebruikte een next-generation sequencing-techniek om het effect van licht en/of nanosheets op de genregulatie van cellen te ontcijferen. Stel je een cel voor als een leeg canvas, en genregulatie als de verf die het canvas verandert in iets unieks of interessants. Voor stamcellen, dat zou betekenen dat je moet bepalen wat voor soort cel ze zullen zijn, zoals spieren, bot, enz. Lichte onrust in genexpressie, hetzij van licht of deze nanosheets, kunnen de functies van deze cellen, zoals beweging, reproductie en expressie.

Globale genexpressieprofielen van cellen onthullen dat lichtstimulatie van de nanosheet een significante invloed kan hebben op cellulaire migratie en wondgenezing. Ze toonden aan dat kankercellen die zijn behandeld met een nanosheet en licht niet vrij kunnen bewegen, wat goed nieuws is. Dit is belangrijk omdat kanker zich in het lichaam verspreidt door van het ene weefsel naar het andere te gaan. De combinatie van de nanosheet en het licht kan nieuwe benaderingen bieden voor het beheersen en reguleren van cellulaire migratie en functies.

Het team ontdekte dat de nanosheets binden aan een celoppervlakreceptor die bekend staat als een integrine, een eenvoudig eiwit waaraan een suiker is bevestigd. Deze integrine-eiwitten zijn belangrijk bij het normaal functioneren van cellen door informatie aan cellen te verstrekken over hun omgeving. Als deze eiwitten bedekt zijn met nanosheets, ze kunnen de cellen niet vertellen dat ze moeten bewegen, effectief stoppen van de cellen voor onbepaalde tijd.