Biomineralization with engineered cellular systems

Hidroksiapatit (HAP), kemik biyomineralizasyon işleminin son ürünüdür ve HAP oluşumu, hücre dışı matrikse (ECM) salgılanan proteinler, enzimler ve küçük moleküller tarafından kontrol edilir. Bu moleküller arasında, alkalin fosfataz (ALP), HAP kristallerinin oluşmasını sağlar ve kolajen olmayan proteinler, kristal çekirdeklenmesini, büyümesini kontrol eder ve kristal oluşumunu inhibe eder. Osteokalsin (OCN) ve osteopontin (OPN), mineralizasyon olaylarını kontrol eden ve ECM' de en çok bulunan kolajen olmayan proteinlerdir. Bu çalışmada, kontrollü kristal büyümesini sağlamak için OCN ve OPN'nin HAP kristal oluşumu üzerindeki etkisi incelenmiştir. OCN ve OPN'nin oluşan minerallerin kristal yapısı üzerindeki etkilerini anlamak için in vitro biyomineralizasyon deneyleri yapılmıştır. OCN kristal büyümesini azaltır, daha düzgün kristal oluşumuna yol açar ve mineralizasyonu inhibe ederken, OPN Ca / P oranını düşürür ve daha hızlı mineral oluşumu sağlar. Ayrıca, kemik hücre dışı matrisinde bulunan proteinlerin ifade edilmesini sağlamak amacıyla genetiği değiştirilmiş bir hücre hattı oluşturulmuştur. Bu amaçla, kemik mineral oluşumunu kontrol eden, en çok bulunan kolajen olmayan proteinler olan OCN ve OPN proteinlerini ifade edebilecek genetik kasetler oluşturulmuştur. Bu şekilde, boyut, şekil ve Ca / P oranı kontrol edebilmek ve kemik tipi mineraller üretmek mümkün olabilecektir. Sistemimiz, literatürdeki kimyasal sentez yöntemleriyle karşılaştırıldığında HAP oluşumuna biyomimetik bir yaklaşım sunmaktadır. Mevcut bulgularımızın, rejeneratif tıp ve kemik dokusu mühendisliğinde, kemik biyomineralizasyonunda yenilikçi yaklaşımlara yol açacağına inanıyoruz.