工程研究人員開發用于再生醫學的多孔納米粒子

干細胞可以在體內發育成許多不同類型的細胞。例如，當一個人受傷時，干細胞會到達受傷部位并幫助修復受損組織。德克薩斯 A&M 大學的一組研究人員開發的新納米技術可以通過引導干細胞形成骨組織來利用身體的再生潛力。

Akhilesh K. Gaharwar，生物醫學工程系副教授和影響研究員，醫學和生物工程研究所研究員，領導該團隊。研究人員開發了水穩定的二維共價有機框架 (COF)納米顆粒，可以指導人類間充質干細胞分化為骨細胞。

二維 COFs(多孔有機聚合物)由于其結晶度、有序和可調節的多孔結構以及高比表面積而受到了廣泛的研究關注。然而，將COFs加工成納米材料的難度——以及它們的穩定性差——限制了它們在再生醫學和藥物輸送中的應用。需要新的方法來為這些 COF 提供足夠的生理穩定性，同時保持它們的生物相容性。

Gaharwar 的團隊通過將 COF 與兩親聚合物結合來增強 COF 的水解(水)穩定性，兩親聚合物是同時包含疏水和親水成分的大分子。這種以前沒有報道過的方法使 COF 具有水分散性，從而使這些納米粒子能夠應用于生物醫學。

“據我們所知，這是第一份證明 COF 能夠將干細胞引導至骨組織的報告，”Gaharwar 說。“這項新技術有可能影響骨再生的治療。”

研究人員發現，即使在較高濃度下，二維 COF 也不會影響細胞的活力和增殖。他們觀察到這些 2D COF 表現出生物活性并將干細胞引導至骨細胞。初步研究表明，這些納米粒子的形狀和大小可以賦予這種生物活性，需要進行額外的深入研究以獲得機理見解。

這些納米顆粒是高度多孔的，Gaharwar 的團隊利用這種獨特的特性進行藥物輸送。他們能夠將一種稱為地塞米松的骨誘導藥物加載到 COF 的多孔結構中，以進一步增強骨形成。

“這些納米顆粒可以延長藥物向人類間充質干細胞的輸送時間，這些細胞通常用于骨再生，”該研究的資深作者、生物醫學工程系博士后助理 Sukanya Bhunia 說。“藥物的持續給藥導致干細胞向骨譜系的分化增強，這種技術可用于骨再生。”

Gaharwar 指出，在提供了概念驗證后，該團隊的下一步研究將是在患病模型中評估這種納米技術。

這些發現對于未來的生物材料設計很重要，可以為組織再生和藥物輸送應用提供方向。

研究結果發表在Advanced Healthcare Materials雜志上。其他研究貢獻者是德州農工大學生物醫學工程系的 Manish Jaiswal、Kanwar Abhay Singh 和 Kaivalya Deo。