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纳米颗粒“背包”可以修复受损的干细胞

 2022-07-12    225  

在新生儿的脐带中有可能拯救生命的干细胞,它们可以用来对抗淋巴瘤和白血病等疾病。这就是为什么许多新生儿父母选择储存婴儿富含干细胞的脐带血。但是,在6%到15%的患有妊娠糖尿病的孕妇中,父母没有这种选择,因为这种疾病会损害干细胞,使它们变得无用。


现在,在即将发表在《通讯生物学》(Communications Biology)上的一项研究中,圣母大学(University of Notre Dame)的生物工程师们表明,一种新的策略可以恢复受损的干细胞,并使它们再次生长出新的组织。


这种新方法的核心是特殊设计的纳米颗粒。直径只有150纳米——大约是红细胞的四分之一——每个球形纳米颗粒能够储存药物,并通过直接附着在干细胞表面,直接将药物输送到干细胞本身。由于其特殊的配方或“调整”,这些颗粒缓慢释放药物,即使在非常低的剂量下也非常有效。


Donny Hanjaya-Putra是圣母大学生物工程研究生项目的航空航天和机械工程助理教授,他领导着进行这项研究的实验室,用一个类比描述了这个过程。“每个干细胞就像一个士兵。这是明智和有效的;它知道该去哪里,该做什么。但与我们一起工作的“士兵”都受伤了,身体虚弱。通过给他们提供这种纳米颗粒‘背包’,我们给了他们再次有效工作所需的东西。”


对这种装有“背包”的新干细胞的主要测试是它们是否能形成新的组织。Hanjaya-Putra和他的团队测试了没有“背包”的受损细胞,观察到它们移动缓慢,形成不完美的组织。但当Hanjaya-Putra和他的团队使用“双肩包”时,之前受损的干细胞开始形成新的血管,无论是将其插入合成聚合物中,还是将其植入实验室小鼠的皮肤下,这两种环境都是为了模拟人体的条件。


尽管这项新技术可能需要数年时间才能真正应用到医疗保健中,但Hanjaya-Putra解释说,它是迄今为止开发的所有方法中最清晰的方法。Hanjaya-Putra说:“将药物直接注射到血液中的方法会带来许多不必要的风险和副作用。”此外,基因编辑等新方法要获得美国食品和药物管理局(FDA)的批准还有很长的路要走。但是汉查亚普特拉公司的技术使用的方法和材料已经被FDA批准用于临床。


Hanjaya-Putra将这项研究的成功归功于一组高度跨学科的研究人员。“这是化学工程、机械工程、生物学和医学之间的合作——我总是发现,最好的科学发生在几个不同领域的交汇处。”


这项研究的主要作者是前圣母大学博士后学生Loan Bui,现在是俄亥俄州代顿大学的一名教员;干细胞生物学家Laura S. Haneline和前印第安纳大学医学院博士后Shanique Edwards;圣母大学生物工程博士生Eva Hall和Laura Alderfer;圣母大学的本科生Pietro Sainaghi, Kellen Round和2021届毕业生代表Madeline Owen;普拉卡什Nallathamby, ? ?研究助理教授,航空航天与机械工程;以及来自德克萨斯大学西南医学中心的张思远。


研究人员希望他们的方法将被用于恢复因其他类型的妊娠并发症(如子痫前期)而受损的细胞。汉贾亚-普特拉说:“我们希望未来临床医生能够让干细胞恢复活力,并利用它们来再生身体,而不是丢弃它们。”例如,由于先兆子痫而早产的婴儿可能会因肺发育不全而被留在重症监护室。我们希望我们的技术可以改善这个孩子的发展结果。”


这项研究是由圣母大学促进我们的干细胞研究愿景倡议、圣母大学健康科学倡议、印第安纳临床和转化科学研究所、美国心脏协会和国家卫生研究院资助的。


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