Nytt bildtagningssystem bidrar till bättre stamcellsbehandling av artrit
Artrit är en rörelsehindrande åkomma och den mest vanligt förekommande sjukdomen i världen. Osteoartrit, som orsakas av att brosk i lederna gradvis slits ut med tiden, drabbar omkring 10 % av världens befolkning. Det finns ca 70 miljoner patienter bara i Europa. Trots det finns det ännu inget fungerande botemedel. De flesta behandlingar går ut på att lindra symptomen och inte på att återställa form eller funktion. Här utgör stamceller en lovande behandlingsmetod, då de ger ett unikt tillfälle att återskapa skadat brosk. Emellertid hämmas behandlingen av att det med konventionell bildtagningsteknik inte går att upptäcka en framgångsrik engraftment (implantation). ”Stamcellsbehandlingarnas lovande möjligheter begränsas av den bristande kunskapen om vart cellerna går och vad de gör i människan”, förklarar Martin Leahy, föreståndare för tillämpad fysik vid Galways universitet.
Den nuvarande teknikens begränsningar
Nutida bildtagningsteknik kan inte upptäcka objekt som är mindre än 1/200 av vävnadsdjupet, och stamceller har låg inneboende kontrast och blir därmed svåra att se. ”Det gör att vi inte kommer så fort framåt med deras läkande egenskaper och med säkerheten”, säger Leahy. Leahy var samordnare för det EU-finansierade projektet STARSTEM, där man föreslog en innovativ ny bildtagningsteknik som kan avbilda mänskliga stamceller på kliniskt relevanta nivåer. STARSTEM införde användning av guldnanostjärnor, som absorberar 10 gånger mer ljus än konventionella färgämnen och hjälper till att peka ut stamceller. ”Vi kunde flera månader efter injektionen se mesenkymala stamceller (MSC) och extracellulära vesiklar (EV) djupt in i knäna på får, som är den bästa modellen för osteoartrit i människoknän”, upplyser Leahy. MSC är celler som isoleras från en blandning innehållande benmärg, och EV är små vesiklar inne i MSC.
Bildtagning med nanoteknik
Syftet med STARSTEM var att använda sig av och förbättra egenskaperna vid fotoakustisk bildtagning, ett icke-invasivt system där laser används för att konstruera bilder av vävnad – och andra ämnen – under huden. Nanomaterial har vissa egenskaper som gör att de kan förstärka bildtagningssystem av detta slag. Forskarna vid STARSTEM lade in nanostjärnor av guld i stamceller, vilket stärker kontrasten och ger bättre bilder av djupvävnaden. ”STARSTEM:s nanostjärnor optimerades till att ge den största energidepositionen och därmed den bästa fotoakustiska kontrasten för varje partikel”, förklarar Leahy. ”Den energi som deponeras i nanostjärnorna får de kringliggande cellerna och vävnaderna att vibrera mer än med någon annan partikel, så då blir de lättare synliga i det fotoakustiska systemet”, tillägger han. Teamet optimerade varje del i bildtagningsprocessen, så att de kunde upptäcka det minsta antalet MSC och EV på kliniskt relevanta djup. Genom en rad försök kunde de hitta den optimala storleken och formen på guldnanopartiklarna och då förbättra bildkontrasten. Tack vare dessa framsteg kunde teamet maximera användningen av stamceller och samtidigt se till att det inte blev några giftiga effekter.
En väg till regenerativ medicin
Framstegen kan vara till hjälp för forskarna med att bättre förstå hur stamceller fungerar, och underlätta övergången från preventiv till regenerativ medicin. I denna gren av läkekonsten vill man skapa metoder för att reparera eller ersätta förlorade celler. Både MSC och EV antas kunna få igång läkning och underlätta lagning av vävnader inne i kroppen. STARSTEM-teamet siktar nu på att testa sina guldnanostjärnor vid kliniska prövningar.
Keywords
STARSTEM, stamceller, artrit, regenerativ, medicin, nanoteknik, nanomaterial, guld, vesiklar, nanopartiklar