سلول‌های بنیادی می‌توانند به انواع مختلفی از سلول‌ها در بدن تبدیل شوند. به عنوان مثال، زمانی که فردی آسیب می‌بیند، سلول‌های بنیادی به محل آسیب می‌رسند و به بهبود بافت‌های آسیب دیده کمک می‌کنند. فناوری جدیدی که توسط تیمی از محققان دانشگاه تگزاس توسعه یافته است، می‌تواند با هدایت سلول‌های بنیادی برای تشکیل بافت استخوانی کمک کرده و از پتانسیل فناوری‌نانو و سلول‌های بنیادی برای بازسازی بدن استفاده کند.
آخیلش ک. گهاروار، دانشیار دپارتمان مهندسی زیست پزشکی و عضو موسسه آمریکایی مهندسی پزشکی و زیستی، این تیم را رهبری می‌کند. محققان این پروژه نانوذرات چارچوب آلی کووالانسی دوبعدی (COF) پایدار در برابر آب ایجاد کرده‌اند که می‌تواند تمایز سلول‌های بنیادی مزانشیمی انسان را به سلول‌های استخوانی افزایش دهد.
تمرکز تحقیقاتی قابل توجهی روی COFهای دوبعدی صورت گرفته است که این امر به دلیل بلوری بودن، ساختار متخلخل منظم و قابل تنظیم و سطح ویژه بالای این مواد است. با این حال، دشواری پردازش COFها به مواد نانومقیاس، همراه با پایداری ضعیف آنها، کاربرد این مواد را در پزشکی احیاکننده و دارورسانی محدود کرده است. نیاز به رویکردهای جدیدی وجود دارد تا این COFها را از نظر فیزیولوژیکی به قدر کافی ثابت نگهداشته و در عین حال زیست‌سازگاری آنها را حفظ کند.
پژوهشگران پایداری هیدرولیتیک COFها را با ادغام آنها با پلیمرهای آمفیفیلیک، که درشت مولکول‌هایی حاوی اجزای آبگریز و آبدوست هستند، افزایش داده‌اند. این رویکرد به COFها قابلیت پخش شدن در آب می‌دهد و کاربرد زیست پزشکی این نانوذرات را ممکن می‌سازد.
گهاروار می‌گوید: «تا جایی که ما می‌دانیم، این اولین باری است که توانایی COFها را برای هدایت سلول‌های بنیادی به سمت بافت استخوان نشان داده شده است. این فناوری جدید پتانسیل تاثیرگذاری بر درمان بازسازی استخوان را دارد.
محققان دریافتند که COFهای دوبعدی حتی در غلظت‌های بالاتر، بر روی زنده ماندن و تکثیر سلول تأثیر نمی‌گذارد. آنها دریافتند که این COFهای دوبعدی خاصیت زیست فعالی از خود نشان می‌دهند و سلول‌های بنیادی را به سمت سلول‌های استخوانی هدایت می‌کنند. مطالعه اولیه نشان داد که شکل و اندازه این نانوذرات می‌تواند این زیست‌فعالی را ایجاد کند و مطالعات عمیق بیشتر برای درک بهتر رفتار مکانیکی مورد نیاز است.
این نانوذرات بسیار متخلخل هستند و تیم گهاروار از این ویژگی منحصر به فرد برای تحویل دارو استفاده کرده است. آنها توانستند یک داروی القاکننده استخوان به نام دگزامتازون را در ساختار متخلخل COF بارگذاری کنند تا استخوان سازی را بیشتر تقویت کنند.
سوکانیا بونیا، نویسنده ارشد این مطالعه گفت: «این نانوذرات می‌توانند تحویل داروها به سلول‌های بنیادی مزانشیمی انسان را که معمولاً در بازسازی استخوان استفاده می‌شوند، طولانی‌تر کنند. تحویل مداوم دارو منجر به افزایش تمایز سلول‌های بنیادی به سمت استخوانی شدن شده و این روش می‌تواند برای بازسازی استخوان استفاده شود.»
گهاروار خاطرنشان کرد که گام بعدی این تیم ارزیابی این فناوری روی بیماران خواهد بود. این یافته‌ها برای طراحی آینده مواد زیستی که می‌توانند دستورالعمل‌هایی را برای کاربردهای بازسازی بافت و تحویل دارو ارائه دهند، مهم هستند.