Sandjēgo Kalifornijas Universitātes inženieri ir atklājuši kā paātrināt kaulu augšanu, izmantojot nanocaurules un cilmes šūnas. Šī jaunā atklājuma rezultātā varētu notikt ātrāka un labāka kaulu reģenerācija, piemēram, pacientiem, kas pārcietuši ortopēdisku operāciju.

Pēdējos gados cilmes šūnas ir kļuvušas par aktuālu tematu. To pētījumi piedāvā revolucionārus ieguvumus medicīnā, kam par iemeslu kalpo cilmes šūnu spēja pārvērsties jebkurā citā organisma šūnā. Veicot pētījumus, grupa Sandjēgo bioinženieru un materiālzinātņu ekspertu izmantoja bionanotehnoloģijas metodi, izvietojot cilmes šūnas virs ļoti plānām titāna oksīda nanocaurulēm. Šīs caurulītes regulē šūnu augšanas ceļu un tiek sauktas arī par kaulu augšanas šūnām. Cilmes šūnas, kas atšķiras no embriju cilmes šūnām, var iegūt un tieši piegādāt no paša pacienta kaula smadzenēm.

"Ja jūs salaužat celi vai kāju slēpojot, ortopēdiskais ķirurgs ieliks implantu ar titāna stienīti, un jums būs jāpārvietojas ar kruķu palīdzību aptuveni trīs mēnešus," apgalvo materiālzinātņu profesors Sungho Jins. "Bet ar šo pētījumu mēs paredzam, ka, izmantojot titāna oksīda nanocaurules ar cilmes šūnām, kaulu saaugšanu varētu paātrināt un pacients varētu staigāt jau pēc mēneša, nevis 3, kā tas ir tagad."

"Mūsu laboratorijas dati liecina, ka šādas priekšrocības var rasties, izmantojot titāna oksīda nanocaurules implantus, kas var samazināt kaulu izkustēšanos, kas ir viena no lielākajām ortopēdiskajām problēmām. Parasti pēc šādām operācijām nepieciešama atkārtota ķirurģiska iejaukšanās, " turpina Jins. "Šāda divreizēja ķirurģija, īpaši gados vecākiem cilvēkiem, ir riskanta veselībai un sagādā nopietnas neērtības, turklāt tā ir arī nevēlama no izmaksu viedokļa."

Šis ir pirmais pētījums titāna oksīda nanocauruļu izmantošanā. Jins un viņa pētniecības komanda ietver Jakobu Skūlu (Jacobs School), bioinženierijas profesori Šu Čienu (Shu Chien), Adamu Engleru (Adam Engler), doktorantu Seunghanu Ohu (Seunghan Oh) un citus studentus un pētniekus. Zinātnieku grupa ziņo, ka precīzas izmaiņas nanocaurules diametrā var tikt kontrolētas, lai izraisītu cilmes šūnu diferencēšanos osteoblastu (kaulu veidošanas) šūnās. Karla Bammere (Karla Brammer), materiālzinātņu absolvente, iesniegs šos secinājumus plakātu sesijas laikā Research Expo izstādē šī gada 19. februārī.

Saskaņā ar atklājuma izpēti nanocaurules ar lielāku diametru uz savas virsmas var izraisīt garāku šūnu augšanu nekā caurulītes ar mazāku diametru. Jo lielāks diametrs nanocaurulei, jo tā veicina ātrāku un spēcīgāku kaulu augšanu. "Nanotopogrāfijas izmantošanu, lai izraisītu vajadzīgo diferencēšanos, līdz šim veikušas vairākas zinātnieku grupas, bet pārsvarā pētījumi tika veikti galvenokārt uz polimēra virsmām, kas nav izmantojamas ortopēdisko implantu materiāliem," atklāj Jins.

Ārsti un ķirurgi cilmes šūnu implantiem parasti izmanto ķimikālijas, lai kontrolētu šūnu diferenciāciju un veidotu vēlamo šūnu veidu, piemēram, nervu šūnām, sirds šūnām un kaulu šūnām. Diemžēl, izmantojot ķimikālijas, cilvēka ķermenī var izraisīties nevēlamas blakusparādības. "Mēs esam izstrādājuši veidu, kā kontrolēt šūnu diferencēšanos, ķimikāliju vietā izmantojot tikai nanostruktūras," saka Brians Seunghans (Brian Seunghan), kurš arī piedalās šajā pētījumā.

"Nākamais solis zinātniekiem būs darbs ar ortopēdiskajiem ķirurgiem no Sandjēgo medicīnas skolas, lai izpētītu veidus, kā pārvērst šo atklājumu, lai to reāli varētu pielietot klīnikā," par nākotnes plāniem izsakās Šu Čiena. Profesore arī uzsver, ka kopīgais mērķis ir apvienot zinātniekus, inženierus un medicīnas ekspertus, lai nāktu klajā ar jaunajām zālēm.

"Mūsu pētījums šajā jomā ir jauns veids, ar kuru mēs varam modulēt cilmes šūnu diferenciāciju, kas ir ļoti svarīgi reģeneratīvajā medicīnā," apgalvo Čiena. "Šī būs starpdisciplināra pieeja starp inženierzinātnēm un medicīnu, lai iegūtu jaunu ārstēšanas veidu un labumu klīnikas pacientiem."