È importante sapere che le nuove cellule ricevono nutrimento. Gli scienziati della Rice University stanno lavorando su un modo per dirlo con certezza.

Il laboratorio Rice del bioingegnere Jane Grande-Allen ha inventato sensori di microparticelle morbide per monitorare i livelli di ossigeno negli idrogel che fungono da impalcature per i tessuti in crescita.

Gli idrogel in fase di sviluppo presso la Brown School of Engineering di Rice e altrove possono essere posizionati nel sito di una lesione. Seminati con cellule vive, incoraggiano la crescita di nuovo muscolo, cartilagine o, forse un giorno, interi organi. Idealmente, l'idrogel attira i vasi sanguigni che infondono il materiale e portano nutrimento alle cellule.

Grande-Allen e il suo team hanno progettato le loro particelle fluorescenti per segnalare i livelli di ossigeno all'interno dei gel. Il loro lavoro appare sulla rivista dell'American Chemical Society Scienza e ingegneria dei biomateriali ACS .

"Abbiamo collaborato con ricercatori nel campo della meccanobiologia intestinale e volevamo un modo semplice per dire quale livello di ossigeno avevamo durante le nostre colture di tessuti 3D, "Grande-Allen ha detto. "Dove intendiamo un livello specifico di ossigeno, vogliamo essere sicuri che sia quello che stanno ottenendo le cellule.

"Ci sono molti modi per farlo, " ha detto. "Possiamo avere modelli computazionali, ma dovremmo fare diverse ipotesi sul modo in cui l'ossigeno permea il terreno di coltura e il materiale dell'impalcatura 3D. Un modo migliore è misurarlo direttamente, quindi questo era il nostro obiettivo".

L'autore principale Reid Wilson, un M.D./Ph.D. studente al Rice and Baylor College of Medicine, costruito sul lavoro dell'alunno della Rice Matthew Sapp e dello studente laureato della Rice Sergio Barrios per sviluppare microparticelle morbide che incorporano una molecola fluorescente attivata dall'ossigeno a base di palladio e un fluoroforo di riferimento.

Wilson ha attraversato diverse iterazioni di combinazioni e concentrazioni di coloranti per sviluppare quelle microparticelle. "Il problema con l'utilizzo di fluorofori sensibili all'ossigeno nelle colture tridimensionali è che il loro segnale non è abbastanza luminoso per essere misurato in modo affidabile, " ha detto. "Così abbiamo caricato le microparticelle con alte concentrazioni di colorante, che ha permesso misurazioni più riproducibili della concentrazione di ossigeno."

Le particelle possono essere sospese in idrogel insieme a cellule viventi, e i test hanno dimostrato che non sono tossici per quelle cellule. I segnali dei componenti fluorescenti possono essere letti alle loro singole lunghezze d'onda, ma il loro potere sta nel combinare la risposta di entrambi, che offre ai medici la possibilità di misurare il contenuto di ossigeno fino a 2 millimetri nei tessuti.

"Questo è piccolo, ma i limiti di diffusione dell'ossigeno sono solitamente minuscoli, "Grande-Allen ha detto. "Alcune cellule sono abbastanza vicine a un apporto di sangue, con un alto livello di ossigeno portato dalle cellule del sangue con l'emoglobina. Ma alcuni batteri nel microbioma sono normalmente anaerobi e sopravvivono meglio senza ossigeno".

Grande-Allen ha affermato che le particelle non sono suscettibili al fotosbiancamento (sbiadimento) quando illuminate alla lunghezza d'onda corretta, né sprofondarono fuori dall'idrogel, come tendevano a fare le particelle fluorescenti più grandi, anche dopo un anno di giacenza.

Ha notato che i tessuti come la cartilagine e alcuni tipi di valvole cardiache malate non hanno reti vascolari, eppure le loro cellule prosperano. "Mi sono sempre chiesto come queste cellule si nutrano e di cosa abbiano bisogno per sopravvivere, " ha detto. "Con le microparticelle che rilevano l'ossigeno e altre tecniche che usiamo nel mio laboratorio per allungare i materiali viventi e ingegnerizzati, possiamo iniziare a lavorare per rispondere a queste domande".