一种评估生物工程人工组织的新型无损方法

改造人体受损的心脏或肾脏的器官可能看起来像科幻电影中的东西，但这项技术的基石已经到位。在新兴的组织工程领域，活细胞在人造支架中生长以形成生物组织。但是为了评估细胞发育成组织的成功程度，研究人员需要一种可靠的方法来监测细胞的移动和繁殖。

现在，美国国家标准与技术研究院(NIST)，美国食品和药物管理局(FDA)和美国国立卫生研究院(NIH)的科学家已经开发出一种非侵入性方法来计数三维(3D)支架中的活细胞。实时技术对毫米级区域进行成像，以评估细胞的活力以及细胞在支架内的分布方式 - 这对于用简单材料(如活细胞)制造复杂生物组织的研究人员来说是一项重要能力。

他们的研究结果已发表在《生物医学材料研究杂志》A部分。

首先，研究人员创建了一个由聚合物分子网络制成的3D支架系统，可以容纳大量水，形成一种称为水凝胶的材料。然后将3D水凝胶嵌入一种可以无休止地繁殖的人类白细胞。

细胞对它们的生长环境非常敏感：如果研究人员想要研究骨细胞而不是乳腺组织的生长，则需要在不同的条件下培养它们。此外，容纳细胞的支架也由不同的材料制成，可以用于多种用途。

“支架将东西固定到位，它为你想要的细胞提供了一个微环境。你可以调整支架以指导细胞以某种方式表现，“NIST生物学家Carl Simon说。

然后，该团队使用了一种称为光学相干断层扫描(OCT)的非侵入性成像技术，它就像超声波测试一样，只是它使用光波代替声波。

“为了确定细胞是否活着，我们分析了由于细胞内细胞器运动而产生的光信号，”NIST物理学家Greta Babakhanova说，他是该论文的第一作者。研究人员通过通过细胞照射光线来检测细胞器运动。当细胞器移动时，他们将细胞分类为活细胞或活细胞，由透射光的变化表示。

NIST方法是非侵入性的，并且不会切割或染色样品。该方法也是无标记的：细胞不需要称为“标记”的荧光分子附着在它们上即可被看到。早期的方法需要与样品持续接触，这可能是破坏性的，代价高昂，并影响结果。这项新技术还将研究人员花在测量上的时间从几小时减少到几分钟。

该方法也不同于早期依赖于平面二维样品的方法。“现有技术的缺点是你可以测量一定数量的细胞，但你不知道它们的位置。通过这种方法，我们可以对一毫米的水凝胶立方体进行成像，并查看细胞在凝胶中的位置，“Babakhanov说。

Babakhanov说，2D方法也不能很好地工作，因为它们不能很好地模仿细胞在体内经历的3D微环境。

下一步，研究人员正在考虑将该技术应用于研究其他特性，例如生物制造组织的结构。“OCT方法可能能够无损地测量随着组织实时成熟而演变的特定结构，以衡量其植入准备情况，”西蒙说。

与此同时，该方法已经满足了组织工程中未满足的需求，它能够监测人造支架中细胞的数量和排列，而无需拆卸和破坏它。

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