I nanorobot trasformano le cellule staminali in cellule ossee
Nuovo metodo per la produzione mirata di cellule specifiche
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Per la prima volta, i ricercatori dell'Università Tecnica di Monaco (TUM) sono riusciti a utilizzare dei nanorobot per stimolare le cellule staminali con una precisione tale da trasformarle in modo affidabile in cellule ossee. Per ottenere questo risultato, i robot esercitano una pressione esterna su punti specifici della parete cellulare. Il nuovo metodo offre l'opportunità di trattamenti più rapidi in futuro.
I nanorobot della professoressa Berna Özkale Edelmann sono costituiti da minuscole barre d'oro e catene di plastica. Diversi milioni di essi sono contenuti in un cuscino di gel di appena 60 micrometri, insieme ad alcune cellule staminali umane. Alimentati e controllati da una luce laser, i robot, che assomigliano a piccole sfere, stimolano meccanicamente le cellule esercitando una pressione. "Riscaldiamo il gel localmente e usiamo il nostro sistema per determinare con precisione le forze con cui i nanorobot premono sulla cellula, stimolandola", spiega il professore di nano- e microrobotica del TUM. Questa stimolazione meccanica innesca processi biochimici nella cellula. I canali ionici cambiano le loro proprietà e si attivano le proteine, tra cui una particolarmente importante per la formazione delle ossa.
Cellule cardiache e cartilaginee: trovare il modello di sollecitazione corretto
Se la stimolazione viene effettuata al giusto ritmo e con la giusta forza (bassa), una cellula staminale può essere innescata in modo affidabile per svilupparsi in una cellula ossea entro tre giorni. Questo processo può essere completato entro tre settimane. "Il modello di stress corrispondente può essere trovato anche per le cellule della cartilagine e del cuore", afferma Berna Özkale Edelman. "È quasi come in palestra: alleniamo le cellule per una particolare area di applicazione. Ora dobbiamo solo scoprire quale modello di stress si adatta a ciascun tipo di cellula", afferma la direttrice del Laboratorio di Bioingegneria Microbiotica della TUM.
Le forze meccaniche aprono la strada alla trasformazione in cellule ossee
Il team di ricerca produce cellule ossee utilizzando cellule staminali mesenchimali. Queste cellule sono considerate le "cellule riparatrici" dell'organismo. Hanno una dimensione di circa 10-20 micrometri e sono generalmente in grado di svilupparsi, ad esempio, in cellule ossee, cartilaginee o muscolari. La sfida: la trasformazione in cellule differenziate è complessa e finora era difficile da controllare. "Abbiamo sviluppato una tecnologia che consente di applicare forze alla cellula in modo molto preciso in un ambiente tridimensionale", spiega Özkale Edelmann, scienziato della TUM. "Questo rappresenta un progresso senza precedenti nel campo". I ricercatori ritengono che questo metodo possa essere utilizzato anche per produrre cellule cartilaginee e cardiache da cellule staminali umane.
L'automazione è il prossimo passo
Per i trattamenti, i medici avranno bisogno di un numero molto maggiore di cellule differenziate, circa un milione. "Per questo il prossimo passo sarà automatizzare il nostro processo di produzione in modo da poter produrre più cellule più rapidamente", afferma il Prof. Özkale Edelmann.
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Pubblicazione originale
Chen Wang, Nergishan İyisan, Philipp Harder, Valentin H. K. Fell, Viktorija Kozina, Hendrik Dietz, Olivia M. Merkel, Berna Özkale; "Photothermally Powered 3D Microgels Mechanically Regulate Mesenchymal Stem Cells Under Anisotropic Force"; Advanced Materials, 2025-9-24
Nergishan İyisan, Fernando Rangel, Leonard Funke, Bingqiang Pan, Berna Özkale; "Hydrostatic Pressure Induces Osteogenic Differentiation of Single Stem Cells in 3D Viscoelastic Microgels"; Small Science, 2025-9-21
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