TKANKI - Tlen oraz biokompatybilność rusztowań w inżynierii tkankowej

Wprowadzenie

Rusztowania biologiczne są konstrukcjami stosowanymi w inżynierii tkankowej, które mają na celu wspomaganie procesu wzrostu komórkowego, a także proliferacji niektórych rodzajów komórek po przeszczepieniu do określonej tkanki. Podstawową właściwością rusztowań jest ich biokompatybilność. Generalnie, biokompatybilność można scharakteryzować jako zdolność biomateriału do pełnienia pożądanej funkcji w odniesieniu do danej terapii medycznej, bez wywoływania jakichkolwiek efektów niepożądanych (miejscowych lub ogólnoustrojowych) u biorcy/pacjenta terapii. Wstępnie, biomateriały są najczęściej opracowywane najpierw metodą in vitro, a następnie w pełni rozwijane w modelach zwierzęcych.

Ze względu na fakt, że biokompatybilność jest bardzo istotnym czynnikiem wpływającym na powodzenie przeprowadzanych procesów, naukowcy starają się, aby ich modele komórkowe, a także rusztowania biologiczne były jak najbardziej zbliżone do rzeczywistych warunków in vivo. Drugim czynnikiem jest tlen, który jest jedną z najważniejszych cząsteczek podtrzymujących życie, dlatego zrozumiałe jest, że on również stanowi bardzo ważną zmienną w inżynierii tkankowej oraz medycynie regeneracyjnej. Wykazano, że zmiana stężenia tlenu w sztucznym lub inżynieryjnie przeprowadzanym przeszczepie, wpływa w znaczący sposób zarówno na przeżycie, różnicowanie jak i na wzrost tkanek. Ze względu na to, że naukowcy w dalszym ciągu muszą kontrolować oraz identyfikować poziomy tlenu występujące na rusztowaniach, to Oxford Optronix wychodzi naprzeciw i stara się wspomóc pracę naukowców uwzględniając obydwie strony tego spektrum.

Rysunek pochodzi z artykułu “A decade of progress in tissue engineering” [Khademhosseini i Langer, 2016]. Rysunek przedstawia podsumowanie trzech podstawowych obszarów inżynierii tkankowej, czyli inżynierii komórkowej (komórki macierzyste oraz narzędzia genetyczne), inżynierii materiałowej (czynniki wzrostowe, struktury chemiczne oraz biomechanika), a także inżynierii struktur tkankowych (samodzielny montaż, drukowanie 3D oraz rusztowania odkomórkowione).

Badania in vitro rusztowań biologicznych oraz Oxford Optronix

W badaniach in vitro komórki wzrastają zarówno wokół jak i wewnątrz rusztowań, a także są silnie zależne od zewnętrznego i wewnętrznego środowiska tlenowego. Za pomocą rozwiązań Oxford Optronix, naukowcy mogą testować rusztowania biologiczne zanurzone w mediach w specjalnych komorach hipoksyjnych (takich jak HypoxyLab) lub w bioreaktorach, które kontrolują przepływ mediów fizjologicznych poprzez rusztowanie. W ramach tych zamkniętych systemów, naukowcy mogą mierzyć poziom pO₂ zarówno w swoich mediach hodowlanych jak i na rusztowaniach przy użyciu małego czujnika tlenu OxyLite.

Referencje

Poniżej przedstawiamy kilka ostatnich publikacji w tej dziedzinie.

Maury et.al. 2021
Rapid Evaluation of Novel Therapeutic Strategies Using a 3D Collagen-Based Tissue-Like Model
Used to HypoxyLab to set O₂ levels of the 3D to cell collagen-based models. Then used the OxyLite monitor to measure the collagen models pO₂ levels in real time.

Niu et. al. 2020
High Oxygen Preservation Hydrogels to Augment Cell Survival under Hypoxic Conditions
Oxygen tension in the hydrogels with or without MSC encapsulation was measured using an OxyLite fibre-optic oxygen micro-sensor.

Lee et. al. 2017
Developing a Customized Perfusion Bioreactor Prototype with Controlled Positional Variability in Oxygen Partial Pressure for Bone and Cartilage Tissue Engineering
Used the OxyLite sensors to take pO₂ readings across the tissue cultivation platform within a closed bioreactor.

Nyga et. al. 2013
A Novel Tissue Engineered Three-Dimensional in vitro Colorectal Cancer Model
Oxygen levels were measured in 3-D constructs comprising the artificial cancer mass using the OxyLite tissue oxygenation monitoring system.

Oryginalny artykuł znajduje się na stronie Oxford Optronix.