อธิบายเกี่ยวกับแร่ธาตุ

ความร่วมมือระหว่างนักวิจัยในภาควิชาวิศวกรรมชีวการแพทย์และวิทยาลัยแพทยศาสตร์แห่ง Texas A&M University ระบุถึงบทบาทที่สำคัญของแร่ธาตุในการควบคุมการแสดงออกของยีน ซึ่งจะเป็นการควบคุมจำนวนโปรตีนที่เซลล์ควรสร้างขึ้น ด้วยเหตุนี้จึงส่งเสริมการสร้างเนื้อเยื่อใหม่และกำหนดเอกลักษณ์ของเซลล์ใหม่ . งานวิจัยนี้เป็นการปูทางสำหรับการศึกษาในอนาคตเพื่อระบุบทบาทของแร่ธาตุเฉพาะ รวมถึงวิธีการประกอบเข้าด้วยกันเพื่อออกแบบยาแร่รุ่นต่อไปเพื่อรักษาเนื้อเยื่อที่เสียหาย การศึกษานี้ได้รับการเผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ในScience Advances แร่ธาตุเป็นองค์ประกอบอนินทรีย์ที่มีบทบาทสำคัญมากมาย โดยทำงานโต้ตอบกับวิตามิน เอนไซม์ ฮอร์โมน และปัจจัยร่วมของสารอาหารอื่นๆ เพื่อควบคุมการทำงานทางชีวภาพของร่างกายนับพัน แม้ว่าจะมีการแสดงแร่ธาตุหลายชนิดเพื่อควบคุมการแสดงออกของยีนและกิจกรรมของเซลล์ แต่ก็มีงานน้อยมากที่มุ่งเน้นไปที่การทำความเข้าใจกลไกระดับโมเลกุล กลุ่มวิจัยด้านวิศวกรรมนี้นำโดย Dr. Akhilesh Gaharwar รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์และ Presidential Impact Fellow ร่วมกับ Dr. Irtisha Singh ผู้ช่วยศาสตราจารย์ภาควิชา Molecular and Cellular Medicine ที่ Texas A&M และผู้เขียนร่วมของ การศึกษาซึ่งมีการนำอนุภาคนาโนจากแร่ธาตุประเภทใหม่มาใช้เพื่อนำเซลล์ต้นกำเนิดของมนุษย์ไปยังเซลล์กระดูก อนุภาคนาโนเหล่านี้เป็นที่รู้จักกันโดยเฉพาะในชื่อนาโนซิลิเกต และด้วยอนุภาคเหล่านี้ ทีมงานสามารถกำหนดบทบาทของแร่ธาตุในการควบคุมโปรไฟล์การแสดงออกของยีนเพื่อกำหนดความแตกต่างของเซลล์ต้นกำเนิดได้ นาโนซิลิเกตเหล่านี้เป็นอนุภาคนาโนแร่รูปแผ่นดิสก์ เส้นผ่านศูนย์กลาง 20-30 นาโนเมตร (นาโนเมตร) และความหนา 1-2 นาโนเมตร อนุภาคนาโนเหล่านี้มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพสูงและถูกกินโดยเซลล์อย่างง่ายดาย เมื่อเข้าไปในตัวเซลล์ อนุภาคนาโนเหล่านี้ค่อยๆ ละลายกลายเป็นแร่ธาตุต่างๆ เช่น ซิลิกอน แมกนีเซียม และลิเธียม นาโนซิลิเกตจะแยกตัวออกเป็น แร่ธาตุ แต่ละตัวภายในเซลล์และเปิด "เปิด" ชุดของยีนสำคัญที่ส่งผลให้เกิดการไหลของข้อมูลทั่วทั้งเซลล์ หรือที่เรียกว่าเส้นทางการส่งสัญญาณ เส้นทางการส่งสัญญาณเหล่านี้มีหน้าที่สั่งให้เซลล์ทำหน้าที่เฉพาะ เช่น การแปลงเป็นเซลล์ชนิดอื่นหรือเริ่มกระบวนการรักษาโดยการหลั่งโปรตีนเฉพาะเนื้อเยื่อที่เรียกว่า เมทริกซ์นอกเซลล์ เมทริกซ์นอกเซลล์เหล่านี้ประกอบด้วยโปรตีนหลายชนิด รวมทั้งไกลโคโปรตีนและโปรตีโอไกลแคนที่ช่วยในการรักษาเนื้อเยื่อและสนับสนุนการทำงานของเนื้อเยื่อ การผสมผสานเทคนิคสหวิทยาการและวิศวกรรมชีวการแพทย์และวิธีการจีโนมิกส์ ผู้เขียนนำของการศึกษานี้ นักศึกษาระดับปริญญาเอก Anna Brokesh และ Lauren Cross ระบุและระบุลักษณะของยีนสำคัญที่ "เปิด" และเปิดใช้งานโดยเส้นทางการส่งสัญญาณที่แตกต่างกันเนื่องจากการรักษาด้วยแร่ธาตุ การค้นพบที่สำคัญอย่างหนึ่งของการศึกษานี้คือ แร่ธาตุต่างๆ เช่น ซิลิกอน แมกนีเซียม และลิเธียมมีส่วนในการกระตุ้นให้เอ็นโดคอนดราลออสซิฟิเคชัน ซึ่งเป็นกระบวนการที่สเต็มเซลล์ถูกเปลี่ยนให้เป็นเนื้อเยื่ออ่อนและเนื้อเยื่อแข็ง เช่น กระดูกอ่อนและกระดูกในมนุษย์อายุน้อย ห้องปฏิบัติการซิงห์ซึ่งบริหารงานโดยซิงห์ ใช้ประโยชน์จากการทดสอบการทำงานและการก่อกวนปริมาณงานสูงเพื่อแยกโปรแกรมการควบคุมการทำงานในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ในการศึกษานี้ พวกเขาวิเคราะห์ข้อมูลการจัดลำดับทรานสคริปโตมิก (RNA-seq) ทั้งหมดเพื่อประเมินผลของนาโนซิลิเกตและผลิตภัณฑ์การสลายตัวของไอออนิกต่อโปรไฟล์การแสดงออกของยีนของเซลล์ต้นกำเนิด RNA-seq การทดสอบการหาลำดับปริมาณงานสูงที่กว้างระดับทรานสคริปโตม ให้ภาพรวมที่เป็นกลางและเป็นองค์รวมของโปรไฟล์การแสดงออกของยีน เพื่อระบุเส้นทางที่ถูกรบกวนโดยการรักษาเฉพาะ "มีคนจำนวนมากที่ต้องการเข้าใจว่าแร่ธาตุส่งผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์อย่างไร แต่มีหลักฐานจำกัดที่จะระบุว่าแร่ธาตุเหล่านี้ส่งผลต่อเราในระดับเซลล์อย่างไร" Brokesh กล่าว "การศึกษาของเราเป็นหนึ่งในการศึกษาแรก ๆ ที่ใช้การจัดลำดับทรานสคริปโตมแบบไม่เอนเอียงเพื่อตรวจสอบว่าไอออนของแร่ธาตุสามารถกำหนดชะตากรรมของเซลล์ต้นกำเนิดได้อย่างไร" วิธีการที่นำเสนอนี้กล่าวถึงความท้าทายที่มีมายาวนานในแนวทางการรักษาในปัจจุบันที่ใช้ปริมาณปัจจัยการเจริญเติบโตทางสรีรวิทยาเพื่อควบคุมการวิจัยเนื้อเยื่อ โกรทแฟคเตอร์ปริมาณสูงดังกล่าวส่งผลให้เกิดภาวะแทรกซ้อนต่างๆ รวมถึงการสร้างเนื้อเยื่อที่ควบคุมไม่ได้ การอักเสบและการเกิดเนื้องอก การผลิตหรือการก่อตัวของเซลล์เนื้องอก สิ่งเหล่านี้จำกัดการใช้โกรทแฟคเตอร์ในฐานะตัวแทนการรักษาในด้านเวชศาสตร์ฟื้นฟู Gaharwar กล่าวว่าผลกระทบของงานนี้กว้างไกลเนื่องจากการทำความเข้าใจผลกระทบของแร่ธาตุเพื่อให้บรรลุการควบคุมกิจกรรมของเซลล์ที่ต้องการนั้นมีศักยภาพที่แข็งแกร่งในการเปิดช่องทางใหม่สำหรับการพัฒนาวิธีการรักษาที่เกี่ยวข้องทางคลินิกสำหรับเวชศาสตร์ฟื้นฟู การนำส่งยา และการปรับภูมิคุ้มกัน