Исследователи создали искусственную кожу, напечатанную на 3D-принтере, которая обеспечивает циркуляцию крови

Шведские исследователи разработали два типа технологии 3D-биопечати для искусственного создания кожи с кровеносными сосудами. Это может стать прорывом в деле регенерации повреждённой кожи.

Фотография: Магнус Йоханссон/Университет Линчепинга

Сохранить историю Сохранить эту историю Сохранить историю Сохранить эту историю

При лечении тяжёлых ожогов и травм регенерация кожи может быть вопросом жизни и смерти. Обширные ожоги обычно лечат путём пересадки тонкого слоя эпидермиса (верхнего слоя кожи) с другого участка тела. Однако этот метод не только оставляет обширные рубцы, но и не восстанавливает кожу до её первоначального функционального состояния. Без регенерации дермы (слоя, расположенного под эпидермисом и содержащего кровеносные сосуды и нервы) её нельзя считать нормальной живой кожей.

Работа шведских исследователей, возможно, приблизила медицину к возможности регенерации живой кожи. Они разработали два типа технологий 3D-биопечати для искусственного создания толстой кожи с кровеносными сосудами. Один метод позволяет создавать кожу, насыщенную клетками, а другой – создавать в тканях кровеносные сосуды произвольной формы. Эти две технологии используют разные подходы к решению одной и той же задачи. Эти подходы были описаны в двух исследованиях, опубликованных в журнале Advanced Healthcare Materials.

«Дерма настолько сложна, что мы не можем вырастить её в лаборатории. Мы даже не знаем, из каких компонентов она состоит», — заявил Йохан Юнкер, доцент Линчёпингского университета и специалист по пластической хирургии, возглавлявший эту работу. «Именно поэтому мы, как и многие другие, считаем, что могли бы пересадить строительные блоки, а затем позволить организму самому выработать дерму».

Юнкер и его команда разработали биочернила под названием «μInk», в которых фибробласты — клетки, вырабатывающие такие компоненты дермы, как коллаген, эластин и гиалуроновая кислота, — культивируются на поверхности небольших губчатых желатиновых частиц и заключаются в гель гиалуроновой кислоты. Создавая эти чернила в трёхмерном пространстве с помощью 3D-принтера, они смогли создать структуру кожи, заполненную клетками высокой плотности по желанию.

В эксперименте по трансплантации на мышах исследователи подтвердили, что внутри фрагментов ткани, созданных с помощью этих чернил, развивались живые клетки, секретируя коллаген и восстанавливая компоненты дермы. Внутри трансплантата также образовались новые кровеносные сосуды, что свидетельствует о соблюдении условий для долговременной фиксации ткани.

Кровеносные сосуды играют чрезвычайно важную роль в создании искусственных тканей. Сколько бы клеток ни культивировалось для создания модели ткани, без кровеносных сосудов кислород и питательные вещества не могут равномерно доставляться ко всем клеткам. Кроме того, без кровеносных сосудов по мере роста структуры ткани клетки в её центре погибают.

Исследовательская группа также создала технологию REFRESH (перенаправление свободно плавающих подвешенных гидрогелевых нитей), которая позволяет создавать гибкие кровеносные сосуды в искусственных тканях путем печати и укладки нитей гидрогеля, на 98% состоящего из воды. Эти нити значительно прочнее обычных гелевых материалов и сохраняют форму даже при завязывании или плетении. Более того, они обладают эффектом памяти формы, позволяющим им восстанавливать свою первоначальную форму даже при смятии.

Примечательно, что эти нити могут быть разобраны без следа под действием специального фермента. Когда гидрогелевые нити, помещенные в ткань, исчезают, на их месте остаётся лишь длинная тонкая полость. Используя её в качестве канала, эквивалентного кровеносному сосуду, можно свободно формировать сеть кровеносных сосудов внутри искусственно созданной ткани. Интеграция этих двух технологий позволит внедрить свободно сконструированную сеть кровеносных сосудов в толстую, наполненную клетками искусственную кожу, что позволит кислороду и питательным веществам достигать каждого её уголка.

Исследователям также удалось создать сложную трёхмерную сеть, формируя узлы и косы из гидрогелевых нитей. В будущем они надеются объединить это с технологиями для автоматизации подобных операций, тем самым реализуя метод эффективного протягивания сети кровеносных сосудов по всему искусственному органу.

В отношении раневой среды остаётся много неопределённостей, например, как избежать воспаления и бактериальной инфекции, и потребуется тщательная проверка этих методов, чтобы преодолеть разрыв между результатами, полученными в лабораторных условиях, и внедрением этих методов в клиническую практику. Тем не менее, в будущем эти технологии могут стать прорывом в решении давних проблем регенеративной медицины.

Источник: www.wired.com