工程研究人员开发用于再生医学的多孔纳米粒子

德州 农工大学

Akhilesh K. Gaharwar 正在领导研究开发一种新型多孔纳米粒子，该纳米粒子可以指导干细胞分化。在上图中，紫色部分是人间充质干细胞的肌动蛋白细胞骨架，左上区域的蓝点是细胞核，绿色代表二维共价有机框架（COF）纳米粒子。学分：Akhilesh K. Gaharwar

干细胞可以在体内发育成许多不同类型的细胞。例如，当一个人受伤时，干细胞会到达受伤部位并帮助修复受损组织。德克萨斯 A&M 大学的一组研究人员开发的新纳米技术可以通过引导干细胞形成骨组织来利用身体的再生潜力。

Akhilesh K. Gaharwar，生物医学工程系副教授和总统影响研究员，美国医学和生物工程研究所研究员，领导该团队。研究人员开发了水稳定的二维共价有机框架 (COF)纳米颗粒，可以指导人类间充质干细胞分化为骨细胞。

二维 COFs（多孔有机聚合物）由于其结晶度、有序和可调节的多孔结构以及高比表面积而受到了广泛的研究关注。然而，将COFs加工成纳米材料的难度——以及它们的稳定性差——限制了它们在再生医学和药物输送中的应用。需要新的方法来为这些 COF 提供足够的生理稳定性，同时保持它们的生物相容性。

Gaharwar 的团队通过将 COF 与两亲聚合物结合来增强 COF 的水解（水）稳定性，两亲聚合物是同时包含疏水和亲水成分的大分子。这种以前没有报道过的方法使 COF 具有水分散性，从而使这些纳米粒子能够应用于生物医学。

“据我们所知，这是第一份证明 COF 能够将干细胞引导至骨组织的报告，”Gaharwar 说。“这项新技术有可能影响骨再生的治疗。”

研究人员发现，即使在较高浓度下，二维 COF 也不会影响细胞的活力和增殖。他们观察到这些 2D COF 表现出生物活性并将干细胞引导至骨细胞。初步研究表明，这些纳米粒子的形状和大小可以赋予这种生物活性，需要进行额外的深入研究以获得机理见解。

这些纳米颗粒是高度多孔的，Gaharwar 的团队利用这种独特的特性进行药物输送。他们能够将一种称为地塞米松的骨诱导药物加载到 COF 的多孔结构中，以进一步增强骨形成。

“这些纳米颗粒可以延长药物向人类间充质干细胞的输送时间，这些细胞通常用于骨再生，”该研究的资深作者、生物医学工程系博士后助理 Sukanya Bhunia 说。“药物的持续给药导致干细胞向骨谱系的分化增强，这种技术可用于骨再生。”

Gaharwar 指出，在提供了概念验证后，该团队的下一步研究将是在患病模型中评估这种纳米技术。

这些发现对于未来的生物材料设计很重要，可以为组织再生和药物输送应用提供方向。

研究结果发表在Advanced Healthcare Materials杂志上。其他研究贡献者是德州农工大学生物医学工程系的 Manish Jaiswal、Kanwar Abhay Singh 和 Kaivalya Deo。