Il est important de savoir que ses nouvelles cellules se nourrissent. Les scientifiques de l'Université Rice travaillent sur un moyen de le dire avec certitude.

Le laboratoire Rice de la bio-ingénieure Jane Grande-Allen a inventé des capteurs de microparticules souples pour surveiller les niveaux d'oxygène dans les hydrogels qui servent d'échafaudages pour les tissus en croissance.

Les hydrogels développés à la Brown School of Engineering de Rice et ailleurs peuvent être placés sur le site d'une blessure. Ensemencement de cellules vivantes, ils encouragent la croissance de nouveaux muscles, cartilage ou, peut-être un jour, organes entiers. Idéalement, l'hydrogel attire les vaisseaux sanguins qui infusent le matériau et nourrissent les cellules.

Grande-Allen et son équipe ont conçu leurs particules fluorescentes pour signaler les niveaux d'oxygène à l'intérieur des gels. Leurs travaux sont publiés dans la revue American Chemical Society ACS Science et ingénierie des biomatériaux .

« Nous avons collaboré avec des chercheurs en mécanobiologie intestinale et voulions un moyen simple de déterminer le niveau d'oxygène dont nous disposions tout au long de nos cultures de tissus en 3D, " a déclaré Grande-Allen. " Là où nous entendons un niveau spécifique d'oxygène, nous voulons être sûrs que c'est ce que les cellules obtiennent.

« Il y a plusieurs façons de le faire, " dit-elle. " Nous pouvons avoir des modèles informatiques, mais nous devrions faire plusieurs hypothèses sur la façon dont l'oxygène imprègne le milieu de culture et le matériau d'échafaudage 3-D. Une meilleure façon est de le mesurer directement, c'était donc notre objectif."

Auteur principal Reid Wilson, un M.D./Ph.D. étudiant au Rice and Baylor College of Medicine, s'appuie sur les travaux de l'ancien élève de Rice Matthew Sapp et de l'étudiant diplômé de Rice, Sergio Barrios, pour développer des microparticules molles qui incorporent une molécule fluorescente déclenchée par l'oxygène à base de palladium et d'un fluorophore de référence.

Wilson est passé par plusieurs itérations de combinaisons et de concentrations de colorants pour développer ces microparticules. "Le problème avec l'utilisation de fluorophores sensibles à l'oxygène dans les cultures tridimensionnelles est que leur signal n'est pas assez lumineux pour être mesuré de manière fiable, " dit-il. " Nous avons donc chargé les microparticules avec de fortes concentrations de colorant, ce qui a permis des mesures plus reproductibles de la concentration en oxygène."

Les particules peuvent être suspendues dans de l'hydrogel avec des cellules vivantes, et les tests ont montré qu'ils ne sont pas toxiques pour ces cellules. Les signaux des composants fluorescents peuvent être lus à leurs longueurs d'onde individuelles, mais leur pouvoir réside dans la combinaison de la réponse des deux, qui donne aux cliniciens la possibilité de mesurer la teneur en oxygène jusqu'à 2 millimètres dans les tissus.

"C'est petit, mais les limites de diffusion de l'oxygène sont généralement minuscules, " a déclaré Grande-Allen. "Certaines cellules sont assez proches d'un approvisionnement en sang, avec un niveau élevé d'oxygène apporté par les cellules sanguines avec l'hémoglobine. Mais certaines bactéries du microbiome sont normalement anaérobies et survivent mieux sans oxygène."

Grande-Allen a déclaré que les particules ne sont pas sensibles au photoblanchiment (décoloration) lorsqu'elles sont éclairées à la bonne longueur d'onde, ils n'ont pas non plus coulé hors de l'hydrogel, comme les particules fluorescentes plus grosses étaient susceptibles de le faire, même après un an de stockage.

Elle a noté que les tissus comme le cartilage et certains types de valves cardiaques malades n'ont pas de réseaux vasculaires, pourtant leurs cellules prospèrent. "Je me suis toujours demandé comment ces cellules se nourrissaient et de quoi elles avaient besoin pour survivre, ", a-t-elle déclaré. "Avec des microparticules de détection d'oxygène et d'autres techniques que nous utilisons dans mon laboratoire pour étirer des matériaux vivants et fabriqués, nous pouvons commencer à travailler pour répondre à ces questions."