Es importante saber que las nuevas células se están nutriendo. Los científicos de la Universidad de Rice están trabajando en una forma de saberlo con certeza.

El laboratorio de Rice de la bioingeniera Jane Grande-Allen ha inventado sensores de micropartículas blandas para monitorear los niveles de oxígeno en los hidrogeles que sirven como andamios para los tejidos en crecimiento.

Los hidrogeles que se están desarrollando en la Escuela de Ingeniería Brown de Rice y en otros lugares se pueden colocar en el sitio de una lesión. Sembrado con células vivas, fomentan el crecimiento de nuevo músculo, cartílago o, quizás algún día, órganos enteros. Idealmente, el hidrogel atrae los vasos sanguíneos que infunden el material y aportan nutrientes a las células.

Grande-Allen y su equipo diseñaron sus partículas fluorescentes para informar sobre los niveles de oxígeno dentro de los geles. Su trabajo aparece en la revista American Chemical Society Ciencia e Ingeniería de Biomateriales ACS .

"Hemos estado colaborando con investigadores en mecanobiología intestinal y queríamos una forma sencilla de saber qué nivel de oxígeno teníamos en nuestros cultivos de tejidos en 3-D, ", Dijo Grande-Allen." Donde pretendemos un nivel específico de oxígeno, queremos estar seguros de que eso es lo que obtienen las células.

"Hay varias formas de hacer esto, ", dijo." Podemos tener modelos computacionales, pero tendríamos que hacer varias suposiciones sobre la forma en que el oxígeno impregna el medio de cultivo y el material de andamio tridimensional. Una mejor forma es medirlo directamente, así que ese era nuestro objetivo ".

Autor principal Reid Wilson, un M.D./Ph.D. estudiante en Rice and Baylor College of Medicine, se basó en el trabajo del alumno de Rice, Matthew Sapp, y del estudiante graduado de Rice, Sergio Barrios, para desarrollar micropartículas suaves que incorporan una molécula fluorescente activada por oxígeno basada en paladio y un fluoróforo de referencia.

Wilson pasó por varias iteraciones de combinaciones y concentraciones de tintes para desarrollar esas micropartículas. "El problema con el uso de fluoróforos sensibles al oxígeno en cultivos tridimensionales es que su señal no es lo suficientemente brillante para medir de manera confiable, ", dijo." Así que cargamos las micropartículas con altas concentraciones de tinte, lo que permitió mediciones más reproducibles de la concentración de oxígeno ".

Las partículas se pueden suspender en hidrogel junto con células vivas, y las pruebas demostraron que no son tóxicas para esas células. Las señales de los componentes fluorescentes se pueden leer en sus longitudes de onda individuales, pero su poder radica en combinar la respuesta de ambos, lo que brinda a los médicos la capacidad de medir el contenido de oxígeno hasta 2 milímetros en los tejidos.

"Eso es pequeño, pero los límites de difusión de oxígeno suelen ser pequeños, ", Dijo Grande-Allen." Algunas células están muy cerca de un suministro de sangre, con un alto nivel de oxígeno aportado por las células sanguíneas con hemoglobina. Pero algunas bacterias del microbioma son normalmente anaeróbicas y sobreviven mejor sin oxígeno ".

Grande-Allen dijo que las partículas no son susceptibles al fotoblanqueo (desvanecimiento) cuando se iluminan con la longitud de onda adecuada, ni se hundieron fuera del hidrogel, como solían hacer las partículas fluorescentes más grandes, incluso después de un año de almacenamiento.

Señaló que los tejidos como el cartílago y ciertos tipos de válvulas cardíacas enfermas no tienen redes vasculares, sin embargo, sus células prosperan. "Siempre me he preguntado cómo se nutren estas células y qué necesitan para sobrevivir, ", dijo." Con micropartículas sensibles al oxígeno y otras técnicas que utilizamos en mi laboratorio para estirar los materiales vivos y de ingeniería, podemos empezar a trabajar para responder a estas preguntas ".