Изучение жизнеспособности клеток входит в список обязательных исследований при создании новых материалов для имплантов, предназначенных для замены твёрдых тканей. Таким образом оценивается биосовместимость имплантов с организмом человека. Учёные Томского государственного университета разработали метод, позволяющий в реальном времени определить состояние клеток – индикаторов приживаемости имплантов. Новый подход на основе двухфотонной микроскопии описан в статье, опубликованной в журнале International Journal of Molecular Sciences (Q1).
– При создании новых материалов для остеоимплантов одним из главных показателей нетоксичности и биосовместимости является выживаемость клеточных культур, нанесённых на материал, – объясняет старший научный сотрудник лаборатории лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения ТГУ Виктор Николаев. – В нашем исследовании мы наносили фибробласты мышей на остеоимпланты из пористой керамики. Эти клетки играют важную роль в заживлении ран: они синтезируют компоненты межклеточного вещества и других необходимых организму соединений, например, коллагена.
Стандартом для оценки жизнеспособности клеток после контакта с материалом является микроскопическое исследование с предварительным окрашиванием, которое показывает погибшие клетки. Другой вариант – электронная микроскопия.
Учёные лаборатории лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения ТГУ в качестве инструмента для исследования клеток применяют двухфотонную микроскопию. Как показали экспериментальные исследования, этот метод позволяет заглянуть в клетку in vivo и увидеть в ней нежелательные изменения.
– При исследовании с помощью обычной микроскопии поврежденная клетка может выглядеть вполне жизнеспособно, – говорит Виктор Николаев. – Когда она находится на предметном стекле, ей хватает кислорода, клетка «чувствует» себя хорошо. Но когда клетка помещается на пористую керамику, ей может не хватать кислорода, в результате развивается окислительный стресс. Двухфотонная микроскопия хороша тем, что она позволяет не просто увидеть, живая клетка или нет, но и выявить наличие окислительного стресса, снижение метаболизма, оценить энергетические запасы клеток и прочее.
Новый подход позволит создавать материалы с высокой биосовместимостью для восстановительной хирургии и, соответственно, улучшения качества жизни пациентов.
Добавим, что ключевая задача лаборатории лазерного молекулярного имиджинга и машинного обучения, созданной при поддержке мегагранта правительства РФ, заключается в разработке новых неинвазивных методов диагностики социально значимых заболеваний. В качестве инструмента для исследования биологические тканей, жидкостей и выдыхаемого воздуха учёные ТГУ используют оптические технологии, что позволяет сократить время обследования с нескольких дней до нескольких часов или минут.