Неразрушающий метод оценки биоинженерных искусственных тканей

Oct 21, 2023

Неразрушающий метод оценки биоинженерных искусственных тканей. Создание органов для замены поврежденного сердца или почек в человеческом организме может показаться чем-то из научно-фантастического фильма, но строительные блоки для этой технологии уже готовы. В развивающейся области тканевой инженерии живые клетки растут в искусственных каркасах, образуя биологическую ткань. Но чтобы оценить, насколько успешно клетки развиваются в ткани, исследователям нужен надежный метод наблюдения за перемещением и размножением клеток.

Теперь ученые из Национального института стандартов и технологий (NIST), Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) и Национального института здравоохранения (NIH) разработали неинвазивный метод подсчета живых клеток в трехмерном (3D) ) эшафот. Методика в реальном времени отображает области миллиметрового масштаба, чтобы оценить жизнеспособность клеток и то, как клетки распределяются внутри каркаса — важная возможность для исследователей, которые производят сложные биологические ткани из простых материалов, таких как живые клетки.

Их результаты были опубликованы в Журнале исследований биомедицинских материалов, часть A.

Неразрушающий метод оценки биоинженерных искусственных тканей. Сначала исследователи создали трехмерную систему каркасов, состоящую из сети полимерных молекул, которые могут удерживать большое количество воды, образуя тип материала, известный как гидрогель. Затем в 3D-гидрогель включили лейкоциты человека, способные воспроизводиться бесконечно.

Клетки могут быть очень чувствительны к среде, в которой они выращиваются: если исследователь хочет изучить рост костных клеток, а не ткани молочной железы, их необходимо культивировать в других условиях. Более того, каркасы, в которых размещены клетки, также изготовлены из разных материалов и могут служить разным целям.

«Каркас удерживает все на месте и обеспечивает микросреду для всего, что вы хотите от клеток. Вы можете настроить каркас так, чтобы направлять клетки на определенное поведение», — сказал биолог NIST Карл Саймон.

Затем команда использовала неинвазивный метод визуализации, называемый оптической когерентной томографией (ОКТ), который похож на ультразвуковой тест, за исключением того, что вместо звуковых волн он использует световые волны.

Неразрушающий метод оценки биоинженерных искусственных тканей: «Чтобы определить, жива ли клетка, мы проанализировали оптический сигнал, создаваемый движением органелл внутри клетки», — рассказала физик NIST Грета Бабаханова, первый автор статьи. Исследователи обнаружили движение органелл, пропуская свет через клетки. Они классифицировали клетки как живые или жизнеспособные, когда органеллы двигались, на что указывали изменения в проходящем свете.

Метод NIST неинвазивный, образцы не разрезаются и не окрашиваются. Этот метод также не требует меток: клеткам не нужно прикреплять к ним флуоресцентные молекулы, известные как «метки», чтобы их можно было увидеть. Более ранние методы требовали постоянного контакта с образцами, что могло быть разрушительным, дорогостоящим и повлиять на результаты. Новая методика также сокращает время, затрачиваемое исследователями на измерения, с часов до минут.

Этот метод также отличается от более ранних методов, которые основывались на плоских двумерных образцах. «Недостаток существующих методов в том, что вы можете измерить определенное количество клеток, но не знаете, где они расположены. С помощью этого метода мы можем отобразить куб гидрогеля размером в один миллиметр и увидеть, где расположены клетки. внутри геля", - сказала Бабаханова.

2D-подходы также работают не так хорошо, потому что они не очень точно имитируют 3D-микросреду, которую испытывают клетки в организме, говорит Бабаханова.

В качестве следующего шага исследователи рассматривают возможность применения этой техники для изучения других свойств, таких как структура биофабрикатов. «Методы ОКТ могут быть способны неразрушающим образом измерять конкретные структуры, которые развиваются по мере созревания тканей, в режиме реального времени, что является мерой их готовности к имплантации», — сказал Саймон.