El cuerpo humano se renueva especializando células "en blanco", denominadas células madre, en células primarias organizadas en tejidos según su entorno. El entorno lo crean matrices o andamios extracelulares sobre los cuales las células construyen tejidos y órganos.

Las respuestas celulares a estas matrices proporcionan métricas de rendimiento que son fundamentales para el desarrollo de diagnósticos y terapias basados ​​en células. Algunas de las métricas importantes se obtienen mediante microscopía y ensayos biológicos, que, sin embargo, no logran capturar la química de las células y cómo cambia en diferentes interfaces célula-matriz.

Esta deficiencia continúa obstaculizando el progreso en el cuidado de la salud y la innovación tecnológica, ya que la química es el reflejo directo de los procesos celulares responsables del crecimiento y la reparación de los tejidos.

Los científicos de NPL se propusieron abordar esta brecha registrando mapas infrarrojos de células madre y primarias humanas cultivadas en matrices nativas y sintéticas.

La espectroscopia de infrarrojos puede acceder prácticamente a toda la información química disponible en la célula, pero no puede distinguir la célula de su matriz ni reconocer diferentes partes de la misma célula. Por lo tanto, era necesario un enfoque correlativo que implicara el uso de imágenes físicas, proporcionadas por microscopía de luz y de fuerza atómica, para guiar los espectros químicos.

Para lograrlo, NPL colaboró ​​con científicos de líneas de luz de Diamond Light Source, biólogos de las universidades de Sheffield y Londres y expertos en datos de Cambridge. Juntos, desarrollaron un enfoque de imágenes espectrales que no solo les permitió obtener mapas químicos de células individuales sino también comparar sus firmas químicas en respuesta a matrices que exhiben distintas propiedades físicas.

Su estudio también demuestra la eficiencia de las mediciones correlativas para explicar el comportamiento celular en las interfaces célula-matriz en 2D, así como la necesidad de desarrollar metodologías análogas y más avanzadas para medir las interfaces célula-matriz en 3D, abriendo un camino hacia el impacto en la atención médica. y soluciones para la regeneración de tejidos humanos.

Max Ryadnov, miembro de NPL, dijo:"El estudio fue una colaboración emocionante que nos proporcionó información importante sobre cómo la composición química de las células humanas se correlaciona con los cambios físicos de los andamios moleculares que sustentan su crecimiento y desarrollo. El estudio también informó los próximos pasos en nuestros desarrollos centrados en mediciones correlativas de sistemas biológicos vivos."

Más información: Emiliana De Santis et al, Mapeo hiperespectral de células madre y primarias humanas en las interfaces célula-matriz, Interfaces y materiales aplicados de ACS (2024). DOI:10.1021/acsami.3c17113

Información de la revista: Interfaces y materiales aplicados de ACS

Proporcionado por el Laboratorio Nacional de Física