Evaluation of Engineered Cartilage Composition and Function Using Raman Spectroscopy

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作者
Dev R. Mehrotra,Carlos E. Córdova,Tianbai Wang,Erik E. Ersland,Juncheng Zhang,Steven J. Staffa,Thomas P. Schaer,Mark W. Grinstaff,Brian D. Snyder,Mads S. Bergholt,Michael B. Albro
出处
期刊:Advanced Healthcare Materials [Wiley]
卷期号:14 (31): e00552-e00552
标识
DOI:10.1002/adhm.202500552
摘要

A Raman spectroscopy-based platform has tremendous potential to non-destructively monitor the evolving composition of tissue-engineered cartilage (TEC) responsible for its mechanical properties from in vitro cultivation to post-implantation in vivo function. Raman spectroscopy, an inelastic light scattering technique, reflects the biochemical building blocks (amides, sulfates, and hydroxyls) comprising a tissue. Here, an arthroscopy-compatible probe acquires Raman spectra, and a multivariate linear decomposition routine extracts the regression coefficient biomarkers that reflect the contribution of extracellular matrix (ECM) constituents (sulfated glycosaminoglycans [sGAG], collagen, water) and the scaffold biomaterial to the tissue spectra. Repeated Raman acquisitions during cultivation do not alter growth of chondrocyte-seeded-agarose constructs. The Raman-derived ECM biomarkers portray the composition of the evolving neocartilage developed on agarose, hyaluronan, collagen, and polyethylene-glycol scaffolds, accounting for 90%, 78%, and 87% of content variation in sGAG, collagen, and water, and 94% of the variation in stiffness. The ECM biomarkers reveal variability in sGAG and collagen content for constructs infused with donor chondrocytes from a 58-year-old/female, a 36-year-old/male, and a 53-year-old/male, accounting for 81% and 87% of the variation in stiffness and sGAG content. This Raman platform offers a transformative approach enabling optimization of construct fabrication, improving preclinical evaluation, and advancing cartilage regenerative therapies.
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