پایش بلادرنگ ریزمحیط سلولی با حسگرهای نوری و کپسول های اپتیکی
پایش تغییرات متابولیکی سلول‌ها در فرآیند کشت و تمایز، اهمیت بالایی در مهندسی بافت دارد. روش‌های متداول آزمایشگاهی اغلب تخریبی هستند و اطلاعات را به صورت حجمی و میانگین ثبت می‌کنند. این روش‌ها توانایی تفکیک مکانی و زمانی دقیق را در ساختارهای سه‌بعدی ندارند. پژوهشگران ایتالیایی و هلندی برای رفع این چالش، روشی نوین بر پایه کپسول‌های اپتیکی فلوئورسنت ابداع کردند. این حسگرها اسیدیته محیط را در حضور سلول‌های بنیادی مزانشیمی (MSCs) با وضوح بالا می‌سنجند.
کپسول های اپتیکی
ساختار و سازوکار پراب‌های فلوئورسنت
پژوهشگران در ساخت این پراب‌ها از رنگ فلوئورسنت سِمینفتارودافلوئور (seminaphtharhodafluor) استفاده کردند. این ماده نسبت به تغییرات پروتون حساسیت بالایی دارد. هنگام تحریک نوری، تغییرات اسیدیته محیط نسبت شدت بازتابش را در دو طول موج مجزا تغییر می‌دهد. این ویژگی امکان سنجش نسبت‌سنجی (Ratiometric) دقیق pH را بدون وابستگی به غلظت رنگ فراهم می‌سازد. دانشمندان این ماده را درون کپسول‌های پلیمری در ابعاد میکرومتر محصور کردند تا زیست‌سازگاری سامانه حفظ شود.
ساخت داربست متخلخل با پرینتر FDM
تیم تحقیق داربست‌های سه‌بعدی را با روش مدلسازی رسوب ذوب‌شده (FDM) ساختند:
- جنس داربست: کوپلیمر پلی‌اتیلن ترفتالات و پلی‌بوتیلن ترفتالات (PEOT/PBT).
- فاصله رشته‌ها: ۶۵۰ میکرومتر جهت تسهیل نفوذ مواد مغذی و اکسیژن.
- ضخامت لایه‌ها: ۱۷۰ میکرومتر برای پایداری مکانیکی مطلوب.
پژوهشگران کپسول‌های اپتیکی را همراه با سلول‌های بنیادی مزانشیمی درون حفرات داربست بارگذاری کردند.
یافته‌های پایش اسیدیته در کشت سه‌بعدی
تحلیل داده‌های تصویری نشان داد:
- افت تدریجی اسیدیته: میزان pH محیط در طول زمان کاهش یافت و محیط به سمت اسیدی شدن پیش رفت.
- اسیدی‌تر شدن لبه‌ها: افت pH در لبه‌های داربست شدت بیشتری داشت؛ این امر نشان‌دهنده فعالیت متابولیکی بالاتر سلول‌ها در نواحی خارجی داربست است.
- تفاوت محسوس با کشت دوبعدی: تغییرات اسیدیته در مدل سه‌بعدی شدت و پویایی بسیار بیشتری را در مقایسه با کشت‌های سنتی دوبعدی نشان داد.
چشم‌انداز کاربرد در پزشکی بازساختی و انکولوژی
این پلتفرم نوری امکان سنجش غیرمخرب شرایط فیزیکوشیمیایی بافت‌های مهندسی‌شده را فراهم می‌کند. از این فناوری می‌توان برای بررسی دقیق مراحل تمایز سلولی، غربالگری سمیت داروها و مدلسازی ریزمحیط اسیدی تومورهای سرطانی در محیط آزمایشگاهی بهره برد.
- منبع مقاله: ژورنال Small (Moldero et al., 2020)
- شناسه دیجیتال (DOI):
10.1002/smll.202002258