用工程器官替换人体内受损的心脏或肾脏可能看起来像是科幻电影中的场景，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。但要评估细胞如何成功发育成组织，研究人员需要一种可靠的方法来监测细胞的移动和繁殖。

一种新的无损评估生物工程人造组织的方法

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)的科学家们开发了一种非侵入性方法来对三维(3D)中的活细胞进行计数)脚手架。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——对于使用活细胞等简单材料制造复杂生物组织的研究人员来说，这是一项重要的能力。

他们的发现发表在《生物医学材料研究杂志》A部分。

首先，研究人员创建了一个3D支架系统，该系统由可以容纳大量水的聚合物分子网络制成，形成一种称为水凝胶的材料。然后在3D水凝胶中嵌入一种可以无限繁殖的人类白细胞。

细胞可能对其生长环境非常敏感：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，可用于多种用途。

NIST生物学家CarlSimon说：“支架将东西固定在适当的位置，它为你想要的任何细胞提供了一个微环境。你可以调整支架以引导细胞以某种方式表现。”

该团队随后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，它类似于超声波测试，只是它使用光波代替了声波。

“为了确定一个细胞是否存活，我们分析了由于细胞内细胞器运动而产生的光信号，”该论文的第一作者、NIST物理学家GretaBabakhanova说。研究人员通过让光线穿过细胞来检测细胞器运动。当细胞器移动时，他们将细胞分类为活细胞或活细胞，通过透射光的变化表明。

NIST方法是非侵入性的，不会对样品进行切割或染色。该方法也是无标记的：细胞不需要被称为“标记”的荧光分子附着在它们上面就可以被看到。早期的方法需要与样品持续接触，这可能具有破坏性和成本，并会影响结果。这项新技术还将研究人员花在测量上的时间从几小时缩短到几分钟。

该方法也不同于早期依赖平面二维样本的方法。“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，我们可以对一毫米立方体的水凝胶进行成像并查看细胞的位置在凝胶内，”Babakhanova说。

Babakhanova说，2D方法也不太有效，因为它们不能很好地模拟细胞在体内经历的3D微环境。

下一步，研究人员正在研究应用该技术来研究其他特性，例如生物制造组织的结构。“OCT方法可能能够非破坏性地测量随着组织实时成熟而进化的特定结构，以衡量它们是否准备好植入，”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。