I.M. Sechenov från First Moscow State Medical University slog sig ihop med irländska kollegor för att utveckla en ny avbildningsmetod för vävnadsteknik. Teamet producerade hybridbiosensor-ställningsmaterial baserade på cellulosamatriser märkta med pH- och kalciumkänsliga fluorescerande proteiner. Dessa material möjliggör visualisering av ämnesomsättningen och andra viktiga biomarkörer i konstruerade konstgjorda vävnader genom mikroskopi. Resultaten av arbetet publicerades i Acta Biomaterialia tidning.

Framgången för vävnadsteknik är baserad på användningen av ställningsmatriser - material som stöder livskraften och styr tillväxten av celler, vävnader, och organoider. Ställningar är viktiga för grundläggande och tillämpad biomedicinsk forskning, vävnadsteknik och regenerativ medicin, och är lovande för utveckling av nya terapier. Dock, förmågan att observera vad som händer i byggnadsställningarna under vävnadstillväxt utgör en betydande forskningsutmaning.

"Vi utvecklade ett nytt tillvägagångssätt som möjliggör visualisering av byggnadsställningar-odlade vävnader och celler genom att använda märkning med biosensorfluorescerande proteiner. På grund av den höga specificiteten för märkning och användningen av fluorescensmikroskopi FLIM, vi kan kvantifiera förändringar i pH och kalcium i närheten av celler, " säger Dr Ruslan Dmitriev, Gruppledare vid University College Cork och Institutet för regenerativ medicin (I.M. Sechenov First Moscow State Medical University).

För att uppnå den specifika märkningen av cellulosamatriser, forskarna använde välkända cellulosabindande proteiner. Användningen av extracellulära pH- och kalciumkänsliga biosensorer möjliggör analys av cellmetabolism. Extracellulär försurning är direkt associerad med balansen mellan cellenergiproduktionsvägar och det glykolytiska flödet (frisättning av laktat). Det är också ett vanligt kännetecken för cancer och transformerade celltyper. Å andra sidan, kalcium spelar en nyckelroll i den extra- och intracellulära signalering som påverkar celltillväxt och differentiering.

Tillvägagångssättet testades på olika typer av cellulosamatriser (bakteriella och framställda från decellulariserade växtvävnader) med användning av 3D-kulturer av humana tjocktarmscancerceller och stamcellshärledda tunntarmsorganoider från mus. Ställningarna avslöjade förändringar i den extracellulära försurningen och användes för analys av realtidssyresättning av tarmorganoider. Den resulterande informationen kan presenteras i form av färgkartor, motsvarande områdena för celltillväxt inom olika mikromiljöer.

"Våra resultat öppnar nya möjligheter inom avbildning av vävnadskonstruerade konstruktioner för regenerativ medicin. De möjliggör en djupare förståelse av vävnadsmetabolism i 3-D och är också mycket lovande för kommersialisering, "avslutar doktor Dmitriev.