南安普敦大学的研究人员开发了一种使用纳米材料识别和富集骨骼干细胞的新方法-这一发现最终可能导致对主要骨折的新治疗以及骨丢失或受损的修复。

物理学家，化学家和组织工程专家团队共同努力，使用专门设计的金纳米粒子“寻找”特定的人体骨干细胞-产生荧光辉光，揭示它们在其他类型细胞中的存在，并允许它们被分离或'丰富'。

研究人员得出结论，他们的新技术比其他方法更简单，更快，富集干细胞的效率高达50-500倍。

该研究由肌肉骨骼科学教授Richard Oreffo和物理与天文学学院量子、光与物质组Antonios Kanaras教授领导，发表在ACS Nano。

在实验室测试中，研究人员使用金纳米粒子-由数千个金原子组成的微小球形粒子-涂有寡核苷酸（DNA链），以光学方式检测骨髓中骨骼干细胞的特定信使RNA（mRNA）特征。当检测发生时，纳米颗粒在显微镜观察下释放荧光染料，使干细胞与其他周围细胞区分开来。然后可以使用复杂的荧光细胞分选过程分离干细胞。

干细胞是尚未专门化的细胞，可以发育成执行不同功能。识别骨骼干细胞使科学家能够在确定的条件下生长这些细胞，以促进骨骼和软骨组织的生长和形成-例如，帮助修补破损的骨骼。

我们老龄化人口带来的挑战之一是需要新颖且具有成本效益的骨修复方法。全世界有三分之一的女性和五分之一的男性有骨质疏松性骨折的风险，成本很高，仅骨折就每年造成欧洲经济170亿欧元和美国经济200亿美元的损失。

在南安普敦大学骨与联合研究小组，Richard Oreffo教授及其团队一直在研究基于骨干细胞的疗法超过15年，以了解骨组织发育并产生骨骼和软骨。在同一时期，Antonios Kanaras教授和他在量子，光和物质领域的同事们一直在设计新型纳米材料并研究它们在生物医学科学和能源领域的应用。这项最新研究有效地将这些学科结合在一起，是跨学科工作可以带来的影响的典范。

Oreffo教授说：“基于骨骼干细胞的疗法为老龄化人群的骨病治疗和骨再生医学提供了一些最令人兴奋和最有希望的领域。目前的研究已经利用了我们认为会富集骨骼干细胞的靶标的独特DNA序列，并且使用荧光激活细胞分选（FACS），我们已经能够富集患者的骨干细胞。鉴定独特的标记物是骨干细胞生物学中的圣杯，虽然我们还有一些路要走；这些研究为我们靶向和鉴定人骨干细胞的能力以及其中令人兴奋的治疗潜力提供了一个步骤性的改变。”

Oreffo教授补充说：“重要的是，这些研究表明了跨学科研究的优势，可以通过最先进的分子/细胞生物学与纳米材料的化学平台技术相结合来解决一个具有挑战性的问题。”

Kanaras教授说：“材料的适当设计对于它们在复杂系统中的应用至关重要。定制纳米粒子的化学性质我们能够在其设计中编程特定的功能。

“在这个研究项目中，我们设计了涂有短序列DNA的纳米颗粒，能够感知骨骼干细胞中的HSPA8 mRNA和Runx2 mRNA，并结合先进的FACS门控策略，以便能够从人类骨骼中分类相关细胞骨髓。

“纳米材料设计的一个重要方面涉及调节纳米颗粒表面寡核苷酸密度的策略，这有助于避免细胞中DNA酶促降解。寡核苷酸上的荧光报告基因使我们能够在实验的不同阶段观察纳米颗粒的状态，从而确保细胞内传感器的质量。”

科学家们目前正将单细胞RNA测序应用于与牛津大学和南安普顿生命科学研究所合作开发的技术平台，以进一步精炼和丰富骨干细胞，并评估其功能。研究小组建议将临床应用转移到临床前骨形成研究，以生成概念研究的证据。

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