Una col·laboració entre investigadors del Departament d'Enginyeria Biomèdica i la Facultat de Medicina de la Universitat Texas A&M identifica el paper crucial dels minerals en la regulació de l'expressió gènica, controlant així la quantitat de proteïnes que ha de produir una cèl·lula, fomentant la regeneració de teixits i redefinint la identitat cel·lular.
Aquesta investigació aplana el camí perquè futurs estudis identifiquin el paper de minerals específics, així com també, com es poden acoblar per dissenyar la pròxima generació de medicina mineral per curar el teixit fet malbé.
Els minerals són elements inorgànics que exerceixen moltes funcions vitals, treballant de forma interactiva amb vitamines, enzims, hormones i altres cofactors de nutrients per regular milers de funcions biològiques del cos. Encara que s'ha demostrat que diversos minerals regulen l'expressió gènica i l'activitat cel·lular, molt pocs treballs s'han centrat a comprendre els mecanismes moleculars subjacents.
En l'estudi s'ha introduït una nova classe de nanopartícules a base de minerals per dirigir les cèl·lules mare humanes cap a les cèl·lules òssies. Aquestes nanopartícules es coneixen específicament com a nanosilicats i, amb elles, l'equip pot determinar el paper dels minerals en la regulació dels perfils d'expressió gènica per dirigir la diferenciació de les cèl·lules mare.
Aquestes nanopartícules són altament biocompatibles i les cèl·lules les consumeixen fàcilment. Una vegada dins del cos cel·lular, les nanopartícules es dissolen lentament en minerals individuals com el silici, el magnesi i el liti.
Els nanosilicats es dissocien en minerals individuals dins de les cèl·lules i activen un conjunt de gens clau que donen com a resultat el flux d'informació a través de les cèl·lules, conegudes com a vies de senyalització. Aquestes vies de senyalització són responsables d'instruir les cèl·lules perquè assumeixin funcions específiques, com ara convertir-se en un altre tipus de cèl·lules o iniciar el procés de curació mitjançant la secreció de proteïnes específiques de teixit conegudes com a matriu extracel·lular.
Una de les principals troballes d'aquest estudi és que minerals com el silici, el magnesi i el liti participen en la inducció de l'ossificació endocondral, un procés mitjançant el qual les cèl·lules mare es transformen en teixits tous i durs, com el cartílag i l'os en humans joves.
"Hi ha molta gent que vol entendre com els minerals impacten en el cos humà, però hi ha evidència limitada per identificar com ens afecten a escala cel·lular", afirmen els científics. "El nostre estudi és un dels primers a utilitzar la seqüenciació imparcial de tot el transcriptoma per determinar com els ions minerals poden dirigir el destí de les cèl·lules mare".
L'enfocament proposat aborda un desafiament en els enfocaments terapèutics actuals que utilitzen dosis suprafisiològiques de factors de creixement per dirigir la investigació de teixits. Una dosi tan alta de factors de creixement dona com a resultat una varietat de complicacions, que inclouen la formació descontrolada de teixit, la inflamació i la tumorigènesi, la producció o formació de cèl·lules tumorals. Aquests limiten adversament l'ús de factors de creixement com a agent terapèutic en el camp de la medicina regenerativa.
Els experts afegeixen que l'impacte d'aquest treball és de gran abast perquè comprendre l'efecte dels minerals per aconseguir la regulació desitjada de l'activitat cel·lular té un gran potencial per obrir noves vies per desenvolupar teràpies clínicament rellevants per a la medicina regenerativa, l'administració de fàrmacs i la immunomodulació.