Метод оценки «каркасов» для выращивания биологических тканей разработали в Сеченовском Университете

Ученые Сеченовского Университета Минздрава России разработали новый подход к анализу структуры скаффолдов — полимерных матриц, которые используются для создания тканеинженерных конструктов. Метод позволяет оценить пористость и геометрию скаффолдов, а также распределение клеток внутри — это необходимо для оценки корректности роста клеток и жизнеспособности будущей ткани. Исследование было опубликовано в журнале Cells.

В тканевой инженерии скаффолды играют роль субстрата и механического каркаса для роста клеток. Однако остается сложным не только создание таких скаффолдов и тем более заселение их клетками, но и контроль качества, анализ структуры, а также визуализация того, как именно клетки распределяются внутри. Существующие подходы к визуализации имеют ряд ограничений: при обработке образцов для гистологического исследования нарушается распределение клеток, оптические методы не дают достаточного представления о структуре и геометрии скаффолда, а ультразвуковая визуализация имеет низкое пространственное разрешение.

Команда из Института регенеративной медицины Сеченовского университета предложила использовать метод рентгеновской микротомографии и разработала простой и доступный протокол, позволяющий анализировать структуру скаффолдов, их пористость и геометрию, а также распределение клеток внутри.

«Протокол основан на контрастировании образцов в 3% растворе фосфорновольфрамовой кислоты в дистиллированной воде и последующем сканировании. Химический агент прочно связывается с коллагеном и клеточными массами, обеспечивая их видимость при микро-КТ исследовании, а разница в интенсивности сигнала позволяет отличать коллагеновые волокна, поры и клеточные массы. Примечательно, что метод заточен на работу в водных условиях, что обеспечивает сохранение нативной архитектуры скаффолдов, которая может быть нарушена, например, при дегидратации», — рассказал младший научный сотрудник Института регенеративной медицины Сергей Ткачев.

Эксперименты подтвердили, что разработанный метод позволяет не только создавать достаточно точные 3D-модели, но и проводить различные математические расчеты: анализировать связность пор или определять направления коллагеновых волокон скаффолда.

Кроме того, потенциальным применением нового подхода может стать изучение миграции клеток в скаффолдах и взаимосвязи между механическими свойствами внеклеточного матрикса, фенотипом клеток и преобразованием механических раздражителей в нервные сигналы. Это может быть особенно актуально для изучения злокачественных клеток в 3D-культурах на предмет их способности к миграции и инвазии в зависимости от их фенотипа и механических свойств окружающей среды.

Ученые рассчитывают, что новый метод будет полезен для исследователей, работающих в области регенеративной медицины и тканевой инженерии.

Разработка метода стала возможной благодаря предыдущим исследованиям различных объектов с помощью рентгеновской микротомографии в Сеченовском Университете, поддержанных Российским научным фондом. Часть работы, связанная с созданием коллагеновых скаффолдов и экспериментами с клетками, была поддержана грантом № 23-15-00481. Часть работы, связанная с визуализацией и дальнейшим анализом коллагеновых скаффолдов с помощью микротомографии, выполнена при поддержке гранта № 22-75-10100.

Исследования проводятся по программе «Приоритет-2030» национального проекта «Наука и университеты».