Forskere udvikler et cellulosebiosensormateriale til avanceret vævsteknologi

I.M. Sechenov fra First Moscow State Medical University gik sammen med irske kolleger for at udvikle en ny billeddannelsestilgang til vævsteknologi. Holdet producerede hybride biosensor-stilladsmaterialer baseret på cellulosematricer mærket med pH- og calciumfølsomme fluorescerende proteiner. Disse materialer muliggør visualisering af stofskiftet og andre vigtige biomarkører i konstrueret kunstigt væv ved mikroskopi. Resultaterne af arbejdet blev offentliggjort i Acta Biomaterialia tidsskrift.

Succesen med vævsteknologi er baseret på brugen af ​​stilladsmatricer - materialer, der understøtter levedygtigheden og styrer væksten af ​​celler, væv, og organoider. Stilladser er vigtige for grundlæggende og anvendt biomedicinsk forskning, vævsteknologi og regenerativ medicin, og er lovende for udvikling af nye terapier. Imidlertid, evnen til at observere, hvad der sker i stilladserne under vævsvækst, udgør en væsentlig forskningsudfordring.

"Vi udviklede en ny tilgang, der tillader visualisering af stillads-dyrket væv og celler ved at bruge mærkning med biosensor fluorescerende proteiner. På grund af den høje specificitet af mærkning og brugen af ​​fluorescensmikroskopi FLIM, vi kan kvantificere ændringer i pH og calcium i nærheden af ​​celler, " siger Dr. Ruslan Dmitriev, Gruppeleder ved University College Cork og Institute for Regenerative Medicine (I.M. Sechenov First Moscow State Medical University).

For at opnå den specifikke mærkning af cellulosematricer, forskerne brugte velkendte cellulosebindende proteiner. Brugen af ​​ekstracellulære pH- og calciumfølsomme biosensorer giver mulighed for analyse af cellemetabolisme. Ekstracellulær forsuring er direkte forbundet med balancen mellem celleenergiproduktionsveje og den glykolytiske flux (frigivelse af laktat). Det er også et hyppigt kendetegn for cancer og transformerede celletyper. På den anden side, calcium spiller en nøglerolle i den ekstra- og intracellulære signalering, der påvirker cellevækst og -differentiering.

Fremgangsmåden blev testet på forskellige typer cellulosematricer (bakteriel og produceret af decellulariseret plantevæv) ved hjælp af 3-D kulturer af humane tyktarmskræftceller og stamcelle-afledte muse-tyndtarmsorganoider. Stilladserne afslørede ændringer i den ekstracellulære forsuring og blev brugt til analyse af real-time oxygenering af intestinale organoider. De resulterende data kan præsenteres i form af farvekort, svarende til områderne for cellevækst inden for forskellige mikromiljøer.

"Vores resultater åbner nye perspektiver inden for billeddannelse af vævskonstruerede konstruktioner til regenerativ medicin. De muliggør en dybere forståelse af vævsmetabolisme i 3-D og er også meget lovende for kommercialisering, " slutter Dr. Dmitriev.