I.M. Sechenov van de First Moscow State Medical University werkte samen met Ierse collega's om een ​​nieuwe beeldvormingsbenadering voor tissue engineering te ontwikkelen. Het team produceerde hybride biosensor-steigermaterialen op basis van cellulosematrices gelabeld met pH- en calciumgevoelige fluorescerende eiwitten. Deze materialen maken visualisatie van het metabolisme en andere belangrijke biomarkers in kunstmatige kunstmatige weefsels door microscopie mogelijk. De resultaten van het werk werden gepubliceerd in de Acta Biomaterialia logboek.

Het succes van tissue engineering is gebaseerd op het gebruik van scaffold-matrices - materialen die de levensvatbaarheid ondersteunen en de groei van cellen sturen, weefsels, en organoïden. Steigers zijn belangrijk voor fundamenteel en toegepast biomedisch onderzoek, tissue engineering en regeneratieve geneeskunde, en zijn veelbelovend voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën. Echter, het vermogen om te observeren wat er gebeurt in de steigers tijdens weefselgroei vormt een belangrijke onderzoeksuitdaging.

"We hebben een nieuwe benadering ontwikkeld die visualisatie van in een steiger gegroeid weefsel en cellen mogelijk maakt door middel van labeling met biosensor fluorescerende eiwitten. Vanwege de hoge specificiteit van labeling en het gebruik van fluorescentiemicroscopie FLIM, we kunnen veranderingen in pH en calcium in de buurt van cellen kwantificeren, " zegt Dr. Ruslan Dmitriev, Groepsleider aan het University College Cork en het Institute for Regenerative Medicine (I.M. Sechenov First Moscow State Medical University).

Om de specifieke etikettering van cellulosematrices te bereiken, de onderzoekers gebruikten bekende cellulosebindende eiwitten. Het gebruik van extracellulaire pH- en calciumgevoelige biosensoren maakt analyse van het celmetabolisme mogelijk. Extracellulaire verzuring is direct geassocieerd met de balans van de productieroutes van celenergie en de glycolytische flux (afgifte van lactaat). Het is ook een veel voorkomend kenmerk van kanker en getransformeerde celtypes. Anderzijds, calcium speelt een sleutelrol in de extra- en intracellulaire signalering die de celgroei en -differentiatie beïnvloedt.

De aanpak werd getest op verschillende soorten cellulosematrices (bacterieel en geproduceerd uit gedecellaliseerde plantenweefsels) met behulp van 3D-culturen van menselijke darmkankercellen en van stamcellen afgeleide dunne-darmorganoïden van muizen. De scaffolds onthulden veranderingen in de extracellulaire verzuring en werden gebruikt bij de analyse van real-time oxygenatie van darmorganoïden. De resulterende gegevens kunnen worden gepresenteerd in de vorm van kleurenkaarten, overeenkomend met de gebieden van celgroei binnen verschillende micro-omgevingen.

"Onze resultaten openen nieuwe perspectieven in de beeldvorming van weefsel-engineered constructies voor regeneratieve geneeskunde. Ze maken een dieper begrip van weefselmetabolisme in 3D mogelijk en zijn ook veelbelovend voor commercialisering, " concludeert Dr. Dmitriev.