Det är viktigt att veta att ens nya celler får näring. Forskare från Rice University arbetar på ett sätt att säkert berätta.

Rice lab av bioingenjör Jane Grande-Allen har uppfunnit mjuka mikropartikelsensorer för att övervaka syrenivåer i hydrogeler som fungerar som byggnadsställningar för växande vävnader.

Hydrogels som utvecklas vid Rice's Brown School of Engineering och på andra ställen kan placeras på platsen för en skada. Frö med levande celler, de uppmuntrar tillväxten av nya muskler, brosk eller, kanske någon gång, hela organ. Helst, hydrogeln drar till sig blodkärl som infunderar materialet och ger näring till cellerna.

Grande-Allen och hennes team utformade sina fluorescerande partiklar för att rapportera om syrenivåer inuti geler. Deras arbete visas i American Chemical Society journal ACS Biomaterials Science and Engineering .

"Vi har samarbetat med utredare inom tarmmekanobiologi och ville ha ett enkelt sätt att berätta vilken nivå av syre vi hade under våra 3D-vävnadskulturer, "Sade Grande-Allen." Där vi tänker en specifik syrenivå, vi vill vara säkra på att det är vad cellerna får.

"Det finns flera sätt att göra detta, "sa hon." Vi kan ha beräkningsmodeller, men vi måste göra flera antaganden om hur syre genomsyrar odlingsmediet och 3D-ställningsmaterial. Ett bättre sätt är att mäta det direkt, så det var vårt mål. "

Huvudförfattare Reid Wilson, en M.D./Ph.D. student vid Rice and Baylor College of Medicine, byggt på Rice-alumnus Matthew Sapps och Rice-doktorand Sergio Barrios arbete för att utveckla mjuka mikropartiklar som innehåller en syreutlöst fluorescerande molekyl baserad på palladium och en referensfluorofor.

Wilson gick igenom flera iterationer av färgkombinationer och koncentrationer för att utveckla dessa mikropartiklar. "Problemet med att använda syre-reagerande fluoroforer i tredimensionella kulturer är att deras signal inte är tillräckligt stark för att mäta pålitligt, "sa han." Så vi laddade mikropartiklarna med höga koncentrationer av färgämne, vilket möjliggjorde fler reproducerbara mätningar av syrekoncentrationen. "

Partiklarna kan suspenderas i hydrogel tillsammans med levande celler, och tester visade att de inte är giftiga för dessa celler. Signaler från de fluorescerande komponenterna kan avläsas vid deras individuella våglängder, men deras makt ligger i att kombinera svaret från båda, vilket ger kliniker möjlighet att mäta syrehalt så långt som 2 millimeter i vävnader.

"Det är litet, men gränserna för syrediffusion är vanligtvis små, "Sade Grande-Allen." Vissa celler är ganska nära en blodtillförsel, med en hög syrehalt som tas in av blodkroppar med hemoglobin. Men vissa bakterier i mikrobiomet är normalt anaeroba och överlever bättre utan syre. "

Grande-Allen sa att partiklarna inte är mottagliga för fotoblekning (blekning) när de belyses med rätt våglängd, de sjönk inte heller ur hydrogelen, som större fluorescerande partiklar var benägna att göra, även efter ett års lagring.

Hon noterade att vävnader som brosk och vissa typer av sjuka hjärtklaffar inte har kärlnät, men deras celler trivs. "Jag har alltid undrat hur dessa celler får näring och vad de behöver för att överleva, "sa hon." Med syrekänsliga mikropartiklar och andra tekniker som vi använder i mitt labb för att sträcka levande och konstruerade material, vi kan börja arbeta för att besvara dessa frågor. "