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 ЛинчепингаСохранить эту 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».
Команда Линчепинга использует 3D-биопринтер.
Фотография: Магнус Йоханссон/Университет ЛинчепингаЮнкер 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.
Гидрогелевая нить, изготовленная по технологии REFRESH.
Фотография: Магнус Юханссон/Университет Линчёпинга.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
