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    Gli scienziati sviluppano un materiale biosensoriale in cellulosa per l'ingegneria tissutale avanzata

    Una ricostruzione 3D di una matrice di cellulosa colorata con un biosensore sensibile al pH. Credito:Dr. R. Dmitriev

    I.M. Sechenov della First Moscow State Medical University ha collaborato con i colleghi irlandesi per sviluppare un nuovo approccio di imaging per l'ingegneria dei tessuti. Il team ha prodotto materiali per scaffold ibridi con biosensori basati su matrici di cellulosa etichettate con proteine ​​fluorescenti sensibili al pH e al calcio. Questi materiali consentono la visualizzazione del metabolismo e di altri importanti biomarcatori nei tessuti artificiali ingegnerizzati mediante microscopia. I risultati del lavoro sono stati pubblicati nel Acta Biomaterialia rivista.

    Il successo dell'ingegneria tissutale si basa sull'uso di matrici di scaffold, materiali che supportano la vitalità e dirigono la crescita delle cellule, tessuti, e organoidi. Gli scaffold sono importanti per la ricerca biomedica di base e applicata, ingegneria dei tessuti e medicina rigenerativa, e sono promettenti per lo sviluppo di nuove terapie. Però, la capacità di osservare ciò che accade all'interno degli scaffold durante la crescita dei tessuti rappresenta una sfida significativa per la ricerca.

    "Abbiamo sviluppato un nuovo approccio che consente la visualizzazione di tessuti e cellule cresciuti su scaffold utilizzando l'etichettatura con proteine ​​fluorescenti del biosensore. A causa dell'elevata specificità dell'etichettatura e dell'uso della microscopia a fluorescenza FLIM, possiamo quantificare le variazioni di pH e calcio in prossimità delle cellule, " dice il dottor Ruslan Dmitriev, Group Leader presso l'University College Cork e l'Institute for Regenerative Medicine (I.M. Sechenov First Moscow State Medical University).

    Per ottenere l'etichettatura specifica delle matrici cellulosiche, i ricercatori hanno utilizzato proteine ​​che legano la cellulosa ben note. L'uso di biosensori extracellulari sensibili al pH e al calcio consente l'analisi del metabolismo cellulare. L'acidificazione extracellulare è direttamente associata all'equilibrio delle vie di produzione dell'energia cellulare e al flusso glicolitico (rilascio di lattato). È anche un frequente segno distintivo del cancro e dei tipi di cellule trasformate. D'altra parte, il calcio svolge un ruolo chiave nella segnalazione extra ed intracellulare che influenza la crescita e la differenziazione cellulare.

    L'approccio è stato testato su diversi tipi di matrici di cellulosa (batteriche e prodotte da tessuti vegetali decellularizzati) utilizzando colture 3D di cellule di cancro del colon umano e organoidi del piccolo intestino di topo derivati ​​da cellule staminali. Gli scaffold hanno rivelato cambiamenti nell'acidificazione extracellulare e sono stati utilizzati con l'analisi dell'ossigenazione in tempo reale degli organoidi intestinali. I dati risultanti possono essere presentati sotto forma di mappe a colori, corrispondenti alle aree di crescita cellulare all'interno di diversi microambienti.

    "I nostri risultati aprono nuove prospettive nell'imaging di costrutti di ingegneria tissutale per la medicina rigenerativa. Consentono una comprensione più profonda del metabolismo tissutale in 3-D e sono anche molto promettenti per la commercializzazione, " conclude il dottor Dmitriev.


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